Проводя столкновения частиц в Большом адронном коллайдере, исследователи получили доказательства существования необычного мезона X(3872), не соответствующего стандартной кварковой модели. Изучение этого мезона позволит углубить понимание процессов, которые имели место в первые моменты после возникновения Вселенной.
Миллионные доли секунды после Большого взрыва материя Вселенной находилась в состоянии крайне горячей кварк-глюонной плазмы, еще не сформировавшей стабильные протоны и нейтроны. В этой плазме элементарные частицы постоянно сталкивались, порождая недолговечные образования. Среди них была частица X, не соответствующая кварковой модели из-за аномальных квантовых характеристик. В ходе недавнего исследования ученые впервые продемонстрировали, что « частицы X» они возникают в результате столкновений релятивистских тяжелых ионов, в частности, ионов свинца.
В 2003 году физики впервые зарегистрировали «частицу X» в ходе эксперимента, посвященного столкновениям высокоэнергетических электронов и позитронов. Однако из-за недостаточной продолжительности существования частиц, провести детальное изучение их структуры в тот момент не удалось. Поэтому ученые высказали предположение о возможности воссоздания «частицы X» для более тщательного изучения в кварк-глюонной плазме.
Измерения в рамках нового исследования проводились на одном из двух детекторов элементарных частиц, установленных на Большом адронном коллайдере — компактном мюонном соленоиде (англ. Эксперимент Compact Muon Solenoid (CMS) объединяет физиков из множества стран, среди которых есть и российские специалисты.
Для обработки данных, полученных в результате более чем 13 миллиардах столкновений ионов свинца, где каждое столкновение порождает десятки тысяч частиц, были применены методы машинного обучения. Алгоритм был обучен для выявления характерных признаков распада «частиц X»: после образования эти частицы быстро распадаются на составляющие, и эта картина распада является уникальной для «частиц X».
Использование данной методики позволило идентифицировать приблизительно 100 «частиц X», также известных как экзотические мезоны X(3872), что обусловлено их расчетной массой. На текущий момент ученые не имеют точных данных о составе X(3872): это может быть как компактный тетракварк, так и совершенно новый вид частиц, представляющий собой пару слабосвязанных мезонов, в свою очередь, состоящих из двух кварков.
Обнаружение метода получения достаточного количества экзотических мезонов позволило ученым запланировать исследование внутренней структуры «частицы X». Эта работа способна пересмотреть современные представления об устройстве материи во Вселенной.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Physical Review Letters.