Вони знайшли це. Нарешті.
Мезон BC*. Не просто звичайний BC+, а його «збуджений» родич. Це відкриття було зроблено на Великому адронному колайдері (БАК) у ЦЕРНі, на передньому краї досліджень із високою світністю.
Ось як все влаштовано. Ви знаєте протони та нейтрони. Вони є адронами, що складаються з кварків, скріплених сильною взаємодією – силою, яка діє як клей, який ніколи не засихає. Зазвичай такі частинки бувають двох типів: баріони (складаються з трьох кварків) та мезони (один кварк та один антикварк). Просто та чисто.
Але не завжди.
Деякі мезони мають велику вагу. Вони містять зачаровані (charm) та чарівні (bottom) кварки. Ці частки служать лабораторними «піддослідними щурами» ядерної фізики, дозволяючи нам зазирнути «під капот» сильної взаємодії тієї сили, яка їх пов’язує. Однак, досі ми не до кінця розуміємо, як саме це працює.
Мезон Bc+ особливий. У ньому беруть участь два важкі гравці: зачарований кварк і антикварк принади. Але команда вчених шукала збуджений стан — мезон Bc.
І тому вони зіштовхували протони коїться з іншими протонами з величезною енергією.
Мезон Bc*+ нестабільний і крихкий. Він розпадається майже миттєво на Bc+ та фотон. Якщо ви бачите фотон та продукти розпаду разом, ви маєте доказ. Курильний пістолет.
Проблема в тому, що цей фотон сором’язливий.
Різниця в масах крихітна. Лише незначний стрибок. Отже, фотон, що народжується, несе мізерно малу енергію. Він невидимий для стандартних детекторів. Занадто тихий. Занадто низький за енергією.
Ви знаєте, що стандартні методи ідентифікації фотонів тут дали збій? Детектори просто не звернули на них уваги.
Команді експеримент ATLAS довелося виявити креативність. Вони шукали не сам фотон, а його тінь.
Вони спостерігали за процесом перетворення фотона на пару електрон-позитрон усередині трекового детектора. Це залишало дві трекові лінії, що виходять з однієї точки, але зі зміщенням не від точки початкового зіткнення.
Йшлося про треки з низькою енергією: поперечний імпульс становив близько 100 МеВ, що нижче за поріг, на який ATLAS зазвичай звертає увагу. Для виявлення науковці створили спеціальний інструмент реконструкції і виділену процедуру пошуку цих «привидів».
І це спрацювало.
Різниця у масах становила 64,5 МеВ з похибкою 1,4 МеВ.
«Значення перебуває у межах теоретичних пророцтв», — сказали вони. Однак він не ідеально збігається з останніми розрахунками високої точності. Але досить близько. Дуже близько.
Цей результат живить наші моделі. Він трохи уточнює картину сильної ядерної взаємодії. Можливо, трохи. Можливо, цього поки що недостатньо.
Стаття опублікована в журналі Physical Review Letters. Ще одна цегла у фундаменті знання. ще одна підказка про те, як Всесвіт утримується разом. Або чому ні.
Ми шукаємо закономірності. Ми знаходимо дрібні відхилення. А потім продовжуємо зіштовхувати частки.
