Доказано существование X-частиц, которые могли бы объяснить Большой взрыв
Используя данные, полученные с ускорителя Grand Adron Collider Cern, группа исследователей впервые идентифицировала сигнал X-частицы, возникающий в результате столкновений между кварками и глаонами в плазме. После большого взрыва. Понимание их структуры — это то, что мы сегодня знаем о ранней Вселенной и обычной материи.
Содержание статьи:
Согласно наиболее признанной космологии, за мощным взрывом, заложившим основы Вселенной, в которой мы живем, последовал период смешанных бурных условий. Новорожденный космос представлял собой очень горячую плазму кварков и глюонов, соединенных в бесчисленных комбинациях, пока она не остыла и не образовала более стабильную конфигурацию. Как мы знаем, она образовалась только после охлаждения нормальной материи из нейтронов и протонов.
Одна из гипотез, выдвинутых физиками фундаментальных частиц, состоит в том, что некоторые из этих кварков и глюонов взаимодействовали, образуя частицы короткого слоя «x». Название связано с тем, что их структура и свойства остаются загадкой на протяжении многих лет. По крайней мере, до сих пор. Теперь физики из Лаборатории ядерных наук Массачусетского технологического института обнаружили следы частицы «Х» в плазме кварков и глюонов, образовавшейся в ускорителе на Большом адлонском коллайдере (БАК). Исследователи смогли извлечь 100 частиц X (3872), названных в честь предполагаемой массы частиц.
Соавторами последующего исследования являются члены CMS Collaboration, группы ученых, которые взяли и собрали данные с компактного мюонного соленоида, одной из частиц в баке. «Это только начало истории, — говорит Эн-Джи Ли, доцент физики Массачусетского технологического института и ведущий автор исследования. Пока мы показали, что сигнал можно отследить. В течение следующих нескольких лет мы надеемся изучить внутреннюю структуру X с помощью четвертичной и измельченной плазмы».
Читайте также: Хаббл впервые доказал существование одинокой черной дыры, измерив ее массу
Около 100 миллионов одиночных черных дыр дрейфуют среди звезд Млечного Пути. Однако ни одна одиночная черная дыра не была обнаружена без бинарной..
Комбинации четырех кварков и экзотической частицы X
Обычная материя состоит из атомов с ядрами, образованными нейтронами и протонами. Обе эти частицы состоят из трех других компонентов, называемых кварками, которые тесно связаны между собой. В течение многих лет ученые считали, что существуют только частицы, состоящие из двух или трех кварков. Совсем недавно они подтвердили существование экзотических тетракварков — частиц, состоящих из редкой комбинации четырех кварков.
x (3872) также предполагается, что это тетрахола, впервые обнаруженная в Японии в 2003 году. Она была обнаружена в коллайдере частиц, разбивающих энергичные электроны и позитроны во время эксперимента Белла. Однако его очень быстрый распад не позволил детально изучить его структуру. В то время было высказано предположение, что экзотические частицы, такие как Х-частицы, могут быть лучше изучены в плазме кварков и глюонов. Теоретически, в плазме должно быть так много кварков и глюонов, что производство X-частиц должно быть выше», — говорит Ли.
След Х-частицы найден с помощью машинного обучения
Ли и его коллеги искали следы кварков и глюонов X-частиц в плазме, которая образовалась после столкновения тяжелых ионов на баке. Их анализ был основан на данных 2018 года, которые включали 13 миллиардов столкновений ионов свинца. Во время каждого столкновения выбрасывались кварки и глюоны, которые сливались, образуя более короткоживущие частицы, которые охлаждались и расходились. Поскольку их было так много, исследователям было трудно определить X-часть этих данных.
Для этого команда использовала специально разработанный алгоритм машинного обучения, чтобы определить характерный распад X-частицы и отличить ее от других экзотических частиц. Алгоритм смог просеять большие, зашумленные наборы данных, чтобы определить переменные, которые были результатом ослабления Х-частицы. Затем исследователи увеличили масштаб построенного сигнала и заметили пики в распределении масс, указывающие на присутствие Х-частиц (3872).
Прояснив структуру X, мы, возможно, сможем понять структуру ранней Вселенной
В течение следующих нескольких лет исследователи планируют собрать больше данных об этом квартале, особенно для определения структуры экзотической частицы X. Это расширит наше представление о типах частиц, которые в изобилии присутствовали в ранней Вселенной», — говорит Ли.
«Если мы сможем проникнуть в эти данные, чтобы узнать подробные свойства X, мы будем еще ближе к пониманию той роли, которую эти экзотические частицы играли после большого взрыва в формировании обычной материи. Мы знаем его очень хорошо, потому что он вокруг нас, в нас и вокруг нас».
С полным текстом исследования, опубликованным в журнале Physical Review Letters, можно ознакомиться здесь.
