Физики зарегистрировали верхний кварк

Схема детектора, использовавшегося для обнаружения u-кварка. В результате опыта с высокой вероятностью происходит разложение u-кварка на W-бозон и b-кварк. W-бозон распадается на мюон (детектируется в точке 1) и нейтрино (точка выхода — 2); b-кварк производит один из потоков прочих частиц (3), тогда как другой такой поток возникает в момент возникновения u-кварка (иллюстрация DZero Collaboration).

В результате эксперимента, проведённого международным коллективом из 50 учёных под руководством Энн Хейнсон (Ann Heinson) из Калифорнийского университета в Риверсайде (University of California, Riverside), была впервые зарегистрирована субатомная частица — так называемый верхний кварк (или u-кварк). Это открытие позволит учёным сделать ряд фундаментальных выводов, в частности, узнать, за счёт чего тела приобретают массу.

Одна из самых тяжёлых элементарных частиц — верхний кварк — имеет такую же массу, как и атом золота, и является одним из основных «кирпичиков», составляющих материю. Считается, что верхние кварки находились в свободном состоянии после Большого Взрыва, но сейчас их можно получить только в результате проведения опытов в ускорителе при очень высоких энергиях.

«Мы искали верхние кварки на протяжении 12 лет, но за это время ни разу их не видели», — рассказывает Хейнсон. Однако теперь физикам удалось добыть целых 62 таких частицы при проведении опытов в рамках исследовательской программы DZero Experiment, посвящённой столкновениям частиц при сверхвысоких значениях энергий.

Для «ловли» u-кварка Хейнсон и её коллеги на первом этапе работы собрали результаты опытов по столкновению протонов и антипротонов, проводившихся на ускорителе Tevatron (штат Иллинойс) в 2002-2005 годах. Затем они провели анализ столкновений, который помог определить тип частиц, возникающих в ходе реакции.

Когда протон и антипротон сталкиваются с околосветовыми скоростями, при определённых условиях может появиться u-кварк. В свободном состоянии эта частица нестабильна — через доли секунды она распадается, порождая другие частицы. Из-за этого регистрация кварка усложняется, и физики могут судить о его рождении только по возникающим «частицам-наследникам».

Именно таким методом и действовал коллектив Хейнсон. Для того чтобы найти следы распада u-кварка (а значит, и появления самого кварка), учёные регистрировали «электронную подпись» его продуктов распада.

Для этого посредством специального кремниевого детектора определялось пространственное расположение заряженных частиц, сталкивавшихся с ним после того, как кварк распадался. С помощью этого устройства учёным удалось реконструировать траектории частиц, а значит, и узнать, что это за частицы и каковы их энергии.

К началу проведения опыта уже существовала теоретическая модель, предсказывавшая ход событий в результате столкновения, и исследователи, по крайней мере, знали, что и как им искать. По окончании реакции должен был возникнуть всего один верхний кварк, поэтому его регистрация была невероятно сложным делом.

В скором времени Хейнсон и её сотрудники планируют проанализировать другие данные ускорителя Tevatron и поработать с ускорителем Large Hadron Collider, который сейчас достраивается на окраине Женевы и должен вступить в строй в конце 2007 года.

Узнайте также о Нобелевке за исследование взаимодействий кварков, о пятикварковых частицах и странных кварковых звёздах.



Вода в нанотрубках похожа на ДНК

13 декабря 2006

Физики научились пасти атомы

11 декабря 2006

Создано не вполне аморфное стекло

8 декабря 2006

Автомобильный водород загонят в пену

28 ноября 2006

Выпрямитель тепла напоминает демона Максвелла

22 ноября 2006