Таинственная частица, которая, как считалось, существовала короткое время сразу после Большого взрыва, теперь впервые обнаружена физиками. В частности, в среде, называемой кварк-глюонной плазмой, генерируемой в Большом адронном коллайдере в результате столкновения ионов свинца, — рассказывает Sciencealert. Там, среди триллионов частиц, образовавшихся в результате этих столкновений, физикам удалось выделить 100 экзотических «пылинок», известных как X-частицы.

«В ближайшие несколько лет мы хотим использовать кварк-глюонную плазму для исследования внутренней структуры частицы X, что может изменить наше представление о том, какой материал должна производить Вселенная», — сказал физик Йен-Цзе Ли из Массачусетского технологического института и член международного сотрудничества CMS со штаб-квартирой в ЦЕРНЕ в Швейцарии.

Всего через несколько мгновений после Большого Взрыва очень ранняя Вселенная не была сделана из того же материала, который мы видим в космосе сегодня. Вместо этого в течение нескольких миллионных долей секунды он был заполнен плазмой, перегретой до триллионов градусов, состоящей из элементарных частиц, называемых кварками и глюонами, так называемой кварк-глюонной плазмой.

За долю секунды — за меньшее время, которое требуется, чтобы моргнуть, плазма остыла, и частицы собрались вместе, образовав протоны и нейтроны, из которых сегодня состоит нормальная материя. За этот очень короткий промежуток времени частицы кварк-глюонной плазмы столкнулись, слиплись и снова разделились в разных конфигурациях.

Одна из этих конфигураций — частица настолько загадочная, что мы даже не знаем, как она собрана вместе, это частица X.

Теоретически частицы X могут появляться в очень маленьких вспышках кварк-глюонной плазмы, которые физики создают в ускорителях частиц уже несколько лет. И это может дать лучшую возможность понять их.

Во время запуска Большого адронного коллайдера в 2018 году положительно заряженные атомы свинца (ионы свинца) сталкивались друг с другом на высоких скоростях. Каждое из этих примерно 13 миллиардов столкновений создавало ливень из десятков тысяч частиц. Это колоссальный объем данных, которые нужно просеять.

«Теоретически говоря, в плазме так много кварков и глюонов, что производство X-частиц должно быть усилено», — говорит Ли. «Но люди думали, что их будет слишком сложно искать, потому что в этом кварковом „первичном супе“ образуется так много других частиц», — сказал физик.

X-частицы очень недолговечны, но когда они распадаются, они производят поток частиц меньшей массы. Чтобы упростить процесс анализа данных, команда разработала алгоритм для распознавания закономерностей, характерных для распада X-частиц. Затем они загрузили данные LHC за 2018 год в свое программное обеспечение. Алгоритм идентифицировал сигнал с определенной массой, который указывал на присутствие в данных около 100 X частиц. Это отличное начало.

На данный момент данных недостаточно, чтобы узнать больше о структуре X-частицы, но это открытие может приблизить нас. Теперь, когда мы знаем, как найти сигнатуру X-частицы, выявить ее в будущих наборах данных должно быть намного проще. В свою очередь, чем больше данных у нас будет в наличии, тем легче будет разобраться в них.

Протоны и нейтроны состоят из трех кварков. Физики полагают, что частицы X могут состоять из четырех — либо экзотической, тесно связанной частицы, известной как тетракварк, либо нового вида слабо связанной частицы, состоящей из двух мезонов, каждый из которых содержит два кварка. Если это первое, то, поскольку оно более прочно связано, оно будет разлагаться медленнее, чем второе. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.