Наука и образование

Сколько частиц открыли на БАК?

Эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАК) начали свою работу в 2010 году. За прошедший период они отчитались об открытии 60 новых частиц, из которых подавляющее большинство составляют адроны.

БАК – проект с более чем тридцатилетней историй. Для того, чтобы построить такой огромный ускоритель и запустить на нем четыре экспериментальные установки масштаба мегасайенс (ATLAS, CMS, LHCb и ALICE), понадобились усилия десятков тысяч физиков со всего мира. На БАК было проведено несколько масштабных сеансов, в которых изучались взаимодействия протонов при энергиях 7, 8 и 13 ТэВ, а также небольших сеансов, направленных на изучение протон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействий.

В экспериментальной физике частиц распространено следующее убеждение: «Адронные коллайдеры предназначены для открытий, а электрон-позитронные для точных измерений характеристик открытого». За годы совей работы эксперименты на БАК показали, что проведение точных измерений на адронных коллайдерах возможно, но что насчет открытий? Как можно оценить их количество? Можно подойти к этому вопросу «в лоб» и посмотреть, сколько новых частиц было открыто на БАК. Оказывается, их число уже достигло 60!

Среди открытых частиц особняком стоит бозон Хиггса. На рубеже 2000-2010 гг. эта частица и связанное с ней скалярное поле оставались единственными неоткрытыми составляющими Стандартной Модели физики элементарных частиц (СМ). В том, что СМ – верная теория, описывающая микромир, сомнений практически не было, но ситуация с нарушением электрослабой симметрии все же вызывала вопросы. И вот 4 июля 2012 два эксперимента БАК – ATLAS и CMS, нацеленные на прямой поиск новых массивных частиц, сообщили об обнаружении хиггсовской частицы в её распадах в конечные состояния, содержащие два фотона или четыре лептона. Это открытие стало триумфом СМ, которая подтвердилась и продолжает подтверждаться с беспрецедентной точностью.

Подавляющее число частиц, открытых в экспериментах на БАК, относятся к классу адронов – составных частиц, образованных кварками. При этом все обнаруженные частицы имеют тяжелый аромат, то есть содержат один (или несколько) тяжелых кварков, которые интенсивно рождаются при взаимодействии протонов высоких энергий.  Диаграмма, на которой адроны, открытые на БАК, упорядочены по типу, массе и дате сообщения, приведена на рисунке 1. Актуальные данные по адронам, найденным на БАК, можно всегда найти на страничке, которую ведет наш коллега из Голландского института субатомной физики (NIKHEF) Патрик Коппенбург.

При беглом взгляде на диаграмму видно, что открытия можно разделить на несколько групп. Две большие группы составляют возбужденные состояния очарованных и прелестных мезонов и барионов, формирующие две полосы в районе 3000 и 6000 МэВ/c². В районе больших масс лежат новые ботоммониевые состояния. И, наконец, в диапазоне 3800–4600 находятся экзотические состояния, которые интерпретируются как тетракварки и пентавкарки.

Ученые стараются обсуждать новые результаты. Так, 16 марта в Отделении физики высоких энергий Института состоялся онлайн-семинар, на котором старший научный сотрудник Физического института имени П.Н. Лебедева Российской академии наук Руслан Николаевич Чистов сделал обзор результатов по экспериментальной физике прелестного кварка на CMS. В ходе двухчасового семинара Руслан Николаевич подробно рассказал как об открытиях, о которых мы писали в наших новостях (1, 2, 3, 4, 5, 6), так и о других работах в этой области. Многие из представленных на семинаре результатов были получены группой, которой руководит Руслан Николаевич. Подробнее о докладе можно узнать из слайдов презентации и видеозаписи семинара.

В заключение следует отметить, что сотрудники ОФВЭ НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ принимали участие во всех открытиях, сделанных на БАК.