Fyzici objevili novou částici podobnou protonu ve Velkém hadronovém urychlovači CERNu

Subatomární objevy Velkého hadronového urychlovače (Large Hadron Collider – LHC) neskončily Higgsovým bosonem. Tento týden vědci z evropského výzkumného centra CERN oznámili, že experiment LHCb na urychlovači detekoval dvojitě „kouzelnou“ částici, která je podobná protonu, ale čtyřikrát těžší.

Částice je známá jako Ξcc⁺ neboli „Xi-cc-plus“. Vzniká a zaniká za méně než mrknutí oka, ale pouhá znalost její existence – a znalost její hmotnosti – by mohla fyzikům poskytnout důkladnější představu o tom, jak je hmota složena.

Objev baryonu Xi-cc-plus představuje milník pro tým LHCb. „Toto je první nová částice identifikovaná po modernizaci detektoru LHCb, která byla dokončena v roce 2023,“ uvedl v tiskové zprávě mluvčí experimentu Vincenzo Vagnoni.

Zároveň to vyřeší 20 let starou záhadu. V roce 2002 fyzici pracující ve Fermilabu v Illinois uvedli, že viděli náznaky částice, která by mohla být Xi-cc-plus – ale částice byla mnohem lehčí, než předpovídala teorie, a úroveň spolehlivosti odhadu hmotnosti nedosáhla standardu 5 sigma pro subatomární objev.

V roce 2017 tým LHCb objevil podobný typ baryonu známý jako Ξcc++ neboli „Xi-cc-plus-plus“ a fyzici očekávali, že Xi-cc-plus bude mít podobnou hmotnost. Nově publikovaná pozorování tato očekávání potvrzují s úrovní spolehlivosti 7 sigma.

Velký hadronový urychlovač sráží protony rychlostmi blízkými rychlosti světla a čtyři detektory – včetně LHCb – shromažďují data, která vědcům pomáhají zjistit, jak jsou všechny subatomární částice sestaveny dohromady.

Protony a další typy částic v kategorii známé jako hadrony se skládají z kvarků, které jsou vázány silnou jadernou interakcí, jednou ze čtyř základních sil známých ve fyzice.

Kvarky se vyskytují v šesti „příchutích“ a různé kombinace kvarků dávají vzniknout různým typům hadronů. Například protony se skládají ze dvou up kvarků a jednoho down kvarku. Dvojitě kouzelný Xi, který byl dříve objeven, je těžší než proton, protože má dva těžké charm (kouzelné) kvarky a jeden up kvark, zatímco nově objevený Xi-cc-plus má dva charm kvarky a jeden down kvark.

„Navzdory podobnosti má nová částice předpovězenou dobu života, která je až šestkrát kratší než u jejího protějšku, a to kvůli složitým kvantovým efektům,“ uvedl CERN. „To ztěžuje její pozorování.“ CERN také uvedl, že nová částice zvyšuje celkový počet hadronů objevených v experimentech LHC na 80.

Nejznámější subatomární částicí na tomto seznamu je Higgsův boson, který byl objeven na LHC v roce 2012 a zaplnil jednu z největších mezer ve Standardním modelu částicové fyziky. Objev Xi-cc-plus není tak průlomový, ale Vagnoni uvedl, že i tak rozšíří hranice fyziky.

„Výsledek pomůže teoretikům testovat modely kvantové chromodynamiky, teorie silné interakce, která váže kvarky nejen do konvenčních baryonů a mezonů, ale i do exotičtějších hadronů, jako jsou tetrakvarky a pentakvarky,“ řekl Vagnoni.

A LHC ještě není dokončen. Očekává se, že generální oprava známá jako projekt High-Luminosity Large Hadron Collider zvýší kapacitu urychlovače pro srážky částic desetkrát oproti jeho původní konstrukční hodnotě. Po dokončení této modernizace, přibližně v roce 2030, se fyzici budou moci hlouběji ponořit do minulých objevů – a možná se posunout vpřed na zcela nové hranice.

„Hledáme, kde jsou v naší teorii trhliny,“ řekl televizi VRT NWS Jorgen D’Hondt, ředitel Nizozemského národního institutu pro subatomovou fyziku. „Začínáme lépe rozumět našim srážkám, naší metodě simulace a tím získáváme lepší nástroje k prozkoumávání neprobádaného území.“

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/cern-adds-a-new-particle-to-large-hadron-colliders-subatomic-zoo a https://scitechdaily.com/physicists-discover-new-proton-like-particle-at-cerns-large-hadron-collider/

autor: František Martinek