В погоне за тайнами прелестного кварка

В погоне за тайнами прелестного кварка

Коллаборация LHCb, в состав которой входят российские ученые, с высокой точностью измерила параметр, описывающий переход между b и u кварками. Возможно, это позволит решить некоторые загадки  физики высоких энергий.  

За сухими строчками об измерении параметра скрывается интересная физика. Кварки – «кирпичики», из которых состоят более сложные элементарные частицы. В соответствии с общепринятой в настоящее время теорией микромира «Стандартной моделью» (СМ) существует 6 видов кварков. Они не существуют в «свободном» состоянии, обладают дробным электрическим зарядом и особыми свойствами. 

Протоны, нейтроны и другие тяжелые частицы, называемые барионами, содержат в себе три кварка. Из самых легких u- и d-кварков (от английского up и down) состоит привычное нам вещество.
Так, в протоне два u-кварка и один d-кварк (uud), а в нейтроне наоборот – два d-кварка и один u-кварк (udd). Однако существуют и более экзотические частицы, содержащие тяжелые s, с, t и b-кварки (strange, charmed, top и beauty). Чтобы их породить, нужны космические лучи с большой энергией или ускоритель. Самый мощный в настоящее время ускоритель частиц Большой адронный коллайдер (БАК, LHC) , в котором сталкиваются пучки протонов, разогнанных до скоростей близких к скорости света, позволяет получить различные такие частицы. Например, мезоны, содержащие пару кварк и антикварк.

Когда барионы и мезоны распадаются, кварки в результате слабых взаимодействий могут превращаться друг в друга, испуская особые виртуальные частицы – W-бозоны. Вероятность таких превращений заметно отличается для каждой пары кварков. Современная теория CP-нарушения и вообще слабых взаимодействий между кварками базируется на работах Кабиббо, Кобаяши и Маскавы, удостоенных Нобелевской премии за 2008 год. Математически она описывается с помощью матрицы, носящей их имена (СКМ-матрица). Числа в этой матрице, характеризуют взаимные превращения кварков и силу CP-нарушения.

СМ не предсказывает значения параметров СКМ-матрицы, они измеряются в ходе различных экспериментов. При этом важным является согласованность их значений в различных процессах. Несовпадение значений, полученных в разных процессах, может служить признаком физики, выходящей за пределы СМ. Таким образом, точное измерение этих параметров в различных процессах позволяет проверить Стандартную Модель.

В последние годы элементы СКМ-матрицы были достаточно точно определены, что выявило проблему с распадом «прелестного» (beauty) b-кварка на виртуальный W-бозон и u-кварк. Она связана с тем, что результаты, полученные эксклюзивным и инклюзивным методами для экспериментов с В-мезонами (содержащих b-кварк), сильно различаются. Это расхождение может быть объяснено как недостатками методики анализа, так и новой частицей, предложенной теоретиками, а это уже новая физика за пределами СМ. Поэтому так важно любое новое измерение.


Здесь стоит пояснить, что эксклюзивный метод применяется, если существует полная информация обо всех продуктах конкретной реакции. Однако с ростом энергии соударяющихся частиц растет число вторичных частиц и не все их характеристики могут быть измерены. Поэтому при высоких энергиях применяется инклюзивный метод анализа, который позволяет по характеристике одной из вторичных частиц определить свойства взаимодействия. Поскольку при этом наблюдение ведется только за выбранной частицей, происходит суммирование всех процессов, приводящих к появлению этой частицы.

LHCb — детектор БАК, оптимизированный как раз для изучения b-кварков, на что указывает буква «b» в его названии. Чтобы проверить результат, полученный при исследовании В-мезонов, коллаборация LHCb исследовала распад лямбда-барионов, используя данные, собранные во время первого этапа работы БАК. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics. 

Лямбда-барион похож на протон, только содержит b-кварк вместо одного из u-кварков. Время жизни у него крайне невелико. Достаточно быстро b-кварк переходит в u-кварк, превращая лямбда-барион в протон, а испускаемый в этом процессе W-бозон в свою очередь распадается на мюон и антинейтрино. Измерение распадов с участием нейтрино в протонном коллайдере является весьма сложной задачей, но ее удалось решить, что позволило применить эксклюзивный метод. Вероятность этого распада зависит от параметра |Vub| СКМ-матрицы, описывающего переход между b- и u- кварками, благодаря чему его значение удалось вычислить с большой точностью.

В результате было показано, что эксклюзивный метод измерений для мезонов и барионов дает одинаковый результат, что позволило отказаться от гипотезы новой частицы. СМ и на этот раз выстояла. Правда, вопрос об отличии от результата инклюзивного метода пока остался не проясненным. Анализ полученных данных будет продолжен и перепроверен на основе результатов, которые исследователям удастся получить во время второго этапа работы БАК на более высоких энергиях.

Отметим, что список авторов статьи, участников коллаборации LHCb, насчитывает более шестисот человек. Россия представлена здесь восемью институтами и двумя университетами, среди которых Новосибирский государственный университет и Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера, Институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ, НИЦ Курчатовский центр, Институт ядерных исследований РАН и др.

Newsland.ru

Похожие новости:
Физики разработали настольный рентгеновский лазер
Международный коллектив физиков разработал настольный рентгеновский лазер, который можно применять для биологических, физических и других научных исследований, говорится в статье, опубликованной в журнале Science. Считается, что широкое распространение рентгеновских лазеров в научных лабораториях повлечет за собой микро-революцию ..
2012-06-10 2200 0 Научные открытия
0
В погоне за инновациями: лжеучёным раздали 200 млрд рублей
Инвестиции в науку — дело тонкое. Порой очень трудно рассчитать, когда и в каком виде они вернутся к инвестору... и вернутся ли вообще. Из всех государств, не жалеющих денег на развитие науки, больше всех, пожалуй, «прославилась» Великобритания. Российскому читателю хорошо известны ..
2012-01-20 1441 0 Научные открытия
0
Ученые доказали возможность путешествия во времени
Многие из нас зачитывались в детстве Гербертом Уэллсом, а именно его самым известным произведением "Машина времени". Сейчас, когда мы повзрослели, путешествие во времени уже кажется нереальным и невозможным, но так ли это? Если верить физике, то путешествие во времени не опровергаются теорией относительности Энштейна. Следуя из теории, время ..
2011-10-15 5348 6 Научные открытия
1
Ученые доказали, что радиация даже в малых дозах – вредна
В последнее время нас все больше убеждают в том, что радиационный фон существующий на нашей планете – безвреден, но так это? За последние годы радиационный фон сильно вырос и продолжает расти, пик роста составил в середине 20го века, когда велось активное испытание радиационного оружия. ..
2011-10-15 2201 0 Научные открытия
0
Ученые опровергли миф о "пивном животе"
Ученый из Японии Хироцугу Уесима доказал, что потребление пива никак не влияет на появление у мужчин среднего возраста так называемого "пивного живота".Результаты работы были представлены на научной конференции по наркотической и алкогольной зависимости в Нагое.В течение четырех лет (с 2005 по 2008 год) ..
2011-10-15 1985 0 Научные открытия
-1
С помощью компьютерной мыши научились управлять живой
Этот эксперимент может помочь тем, кто болен эпилепсией или перенёс инсульт. На белой крысе по имени Эксперимент-47 моделируется ситуация: мозжечок разрушен болезнью, двигательные функции нарушены. Крысе вживляют электрод, который будет передавать импульсы мозга на микрочип. ..
2011-10-15 2222 0 Научные открытия
0
Найден ген, который отличает нас от приматов
За последние 3 миллиона лет, ген SRGAP2, который содержится исключительно в геноме человека был продублирован несколько раз. Данное наблюдение сделала ведущий ученый из Университета Вашингтонав городе Сиэттл, Меган Дэннис. Ученая вместе со своими коллегами смогла доказать, что увеличения количества ..
2011-10-16 2100 0 Научные открытия
-1
Ученые узнали, где гнездится жадность и алчность
Вещественное доказательство теории Зигмунда Фрейда о борьбе между бессознательными импульсами и моральными установками внутри личности предоставили на прошлой неделе ученые из университетов Цюриха и Базеля. Их исследование о личной выгоде индивидуума, точнее - тенденции к алчности, и ее взаимодействия с понятиями о справедливости, ..
2011-10-16 3277 0 Научные открытия
-1
Бактерии на дне морей образуют энергетический суперорганизм
Ученые доказали, что бактерии, обитающие в слое отложений на дне морей и океанов, образуют "суперорганизм", благодаря чему оказываются способны передавать друг другу энергию питательных веществ на больше расстояния, и полагают, что это открытие может быть использовано для выработки электроэнергии, сообщается ..
2011-10-16 2370 0 Научные открытия
0
Найдена критическая точка в эволюции мышления
Исследователи обнаружили 100000-летнюю художественную мастерскую в Южной Африке, в которой трудились первобытные хомо сапиенс и в которой уже умели окрашивать изделия охрой- самой примитивной формой краски. До сих пор считалось, что охра, которая является по существу только красочной грязью, начала ..
2011-10-16 1828 0 Научные открытия
0
К вопросу о сверхсветовой скорости движения нейтрино
Недавно в СМИ появилась информация о наблюдениях сверхсветовой скорости движения нейтрино. Как отмечалось, в среднем скорость нейтрино превышала скорость света на 0.00248 %, что составляет 7435 м/c. По мнению некоторых, это подрывает устои теории относительности. Предлагаем следующее объяснение наблюдаемым фактам, ..
2011-10-16 3927 3 Научные открытия
0
В Израиле изобрели курицу без перьев
В скором времени нужда в ощипывании кур отпадет. Израильские ученые из Rehovot Agronomy Institute недалеко от Тель-Авива вывели породу кур-бройлеров, которые напрочь лишены перьевого покрова. Внешним видом они напоминают «человека Платона» – двуногих существ без перьев, как пошутил ..
2011-10-19 1873 0 Научные открытия
0
Новый вид гигантского моллюска обнаружен в водах Антарктиды
Испанские исследователи обнаружили редкий вид моллюска в антарктических водах, который также имеет форму блюдца, как и моллюск обычного вида известный до настоящего времени, но более внушительной величины. Данный вид появился в водах Антарктики в значительно более отдаленной области, чем моллюски ..
2011-10-19 2484 0 Научные открытия
0
Преодоление скорости света не смогли опровергнуть
Подтверждения или опровержения «открытия века» - успешного опыта по преодолению скорости света - осталось ждать не так долго. Уже на следующей неделе, 27 октября, в Европейской организации ядерных исследований (CERN) начнется 11-дневный эксперимент, цель которого - доказать или опровергнуть данные о преодолении скорости ..
2011-10-20 3041 0 Научные открытия
-1
Физики впервые подтвердили эргодическую теорию
Физики впервые смогли экспериментально подтвердить положения эргодической теории - теории, объясняющей свойства динамических систем. Исследование сразу двух коллективов ученых появилось в журнале Angewandte Chemie. Коротко о нем пишет портал Physics World. Динамическими системами называют системы, ..
2011-10-21 1950 0 Научные открытия
0