Logo
Cover

Команда физиков из Лаборатории ядерной физики MIT и других научных учреждений обнаружила крайне редкие Х-частицы в кварк-глюонной плазме, созданной Большим адронным коллайдером ЦЕРНа. Эксперимент моделировал самые первые мгновения зарождения нашей Вселенной после Большого взрыва. Ученые надеются таким образом разобраться в до сих пор неизвестной структуре этих частиц.

В первую миллионную долю секунды после Большого взрыва Вселенная представляла собой бурлящую плазму из кварков и глюонов. Позже из этих элементарных частиц возникли нейтроны и протоны ординарной материи. Но перед тем, как остыть, часть этих кварков и глюонов образовала недолговечные частицы Х с неизвестной структурой. Сегодня они встречаются крайне редко, хотя существует теория, что их можно создать искусственно в ускорителе частиц.

Команда физиков применила метод машинного обучения, чтобы просеять свыше 13 млрд столкновений тяжелых ионов, каждое из которых породило десятки тысяч заряженных частиц. В этом сверхплотном, высокоэнергетическом супе частиц исследователи смогли разглядеть приблизительно сотню частиц типа Х (3872), названных так по их оцененной массе, сообщает MIT News.

Это первый в науке случай обнаружения Х-частиц в кварк-глюонной плазме. Эксперимент, как рассчитывают ученые, позволит установить до сих пор неизвестную структуру этих частиц.

«Это всего лишь начало истории, — заявил ведущий автор исследования Ли Еньцзе. — Мы показали, что можем найти сигнал. В следующие несколько лет мы хотим использовать кварк-глюонную плазму для изучения внутренней структуры Х-частиц. Это может изменить наш взгляд на то, какие вещества производит Вселенная».

Основной строительный материал материи — нейтроны и протоны, каждый из которых создан из трех тесно связанных кварков. Лишь недавно физики начали замечать признаки экзотических тетракварков — частиц, созданных из редкой комбинации четырех кварков. Ученые подозревают, что Х (3872) это либо компактный тетракварк, либо совершенно новый вид молекулы, состоящей не из атомов, а из слабо связанных мезонов — субатомных частиц из двух кварков.

Х (3872) впервые открыли в 2003 году в японском ускорителе частиц. Однако в той среде эти редкие частицы слишком быстро распались, чтобы ученые могли изучить их структуру в подробностях. Была выдвинута гипотеза, что Х (3872) и другие экзотические частицы будут лучше видны в кварк-глюонной плазме.

Для этого был создан алгоритм машинного обучения, который натаскали замечать характерные паттерны распада Х-частиц, который отличается от других частиц. После чего в нейросеть загрузили данные эксперимента БАК. Алгоритм смог проверить чрезвычайно плотный и зашумленый массив данных и выбрать ключевые переменные, по которым можно отследить искомые Х-частицы.

«Почти невероятно, что мы смогли выявить эти 100 частиц из настолько большого набора данных», — сказал Ли.

В ближайшие пару лет ученые планируют собрать больше данных, которые помогут пролить свет на структуру частиц Х. Если это тетракварк, он должен распадаться медленнее, чем слабо связанная молекула.

В течение 50 лет ученые безуспешно охотились за так называемом оддероном, разновидностью виртуальной квазичастицы реджеон. Недавно эту мифическую частицу нашла шведско-венгерская исследовательская команда, которая провела тщательный анализ экспериментальных данных, собранных с помощью Большого адронного коллайдера в ЦЕРН.