Naukowcy odtworzyli narodziny wszechświata i odkryli tajemnicze „cząstki X”

Przeprowadzili fizycy Europejskiego Centrum Badań Jądrowych Dowody na X(3872) w zderzeniach Pb-Pb i badania jego szybkiej produkcji przy √ s N N = 5.02 TeV w eksperymencie Wielkiego Zderzacza Hadronów, aby odtworzyć plazmę kwarkowo-gluonową. To szczególny stan materii, w którym Wszechświat znajdował się w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu.

W stanach, do których jesteśmy przyzwyczajeni, materia składa się z cząsteczek, a one z atomów. Z kolei atomy zawierają jądra dodatnich protonów i neutronów obojętnych, a także elektrony naładowane ujemnie.

W ekstremalnie wysokich temperaturach jądro rozpada się na protony i neutrony. Te z kolei składają się z kwarków połączonych gluonami - cząstkami elementarnymi, które nie mają masy i są bozonami cechowania wektorów.

Przy ultrawysokich energiach cząstek (które w rzeczywistości określają temperaturę na poziomie bilionów stopni), kwarki i gluony rozdzielają się. Powstaje plazma kwarkowo-gluonowa

Jony ciężkie i plazma kwarkowo-gluonowagdzie kwarki i gluony poruszają się niezależnie od siebie.

W Wielkim Zderzaczu Hadronów fizycy przyspieszyli protony i neutrony z 13 miliardów atomów ołowiu do maksymalnych prędkości. Cząstki zderzyły się ze sobą i utworzyła się plazma kwarkowo-gluonowa, która trwała kilka miliardowych części sekundy.

Po przeanalizowaniu danych eksperymentalnych za pomocą sieci neuronowej naukowcy odkryli około stu niezwykłych mezonów X (3872). Są to cząstki niestabilne, które składają się z równej liczby kwarków i antykwarków, istnieją nawet przez kilkaset milionowych części sekundy i są zwykle wykrywane tylko w postaci fragmentów. Ale takiej liczby tajemniczych „cząstek X” nie udało się wcześniej uzyskać.

Zestaw charakterystyk kwantowych X (3872) okazał się nietypowy dla mezonów w ogóle. Nie pasują do modelu kwarków zaproponowanego przez Gell-Manna i Zweiga w 1964 roku, który opisuje budowę i powstawanie materii.

Badanie cząstek X powinno stanowić uzupełnienie modelu kwarków. Generalnie nie jest to pierwszy przypadek, w którym teoria nie pokrywała się z wynikami eksperymentów, a to za każdym razem rodzi nowe powody do badań naukowych.

Ważne jest, aby naukowcy wiedzieli teraz, jak uzyskać wystarczająco dużą liczbę mezonów X w plazmie kwarkowo-gluonowej i analizować dane na ich temat za pomocą inteligentnych algorytmów. Pomoże to dokładniej opisać pierwsze chwile istnienia Wszechświata po Wielkim Wybuchu oraz lepiej zrozumieć procesy, które doprowadziły go do obecnego stanu.

Ksenia Szestakowa