Физики зарегистрировали верхний кварк

В результате эксперимента, проведенного международным коллективом из 50 ученых 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 ученым сделать ряд фундаментальных выводов, в частности, узнать, за счет чего тела приобретают массу.

Одна из самых тяжелых 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, посвященной столкновениям частиц при сверхвысоких значениях энергий.

Для «ловли» u-кварка Хейнсон и ее 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), ученые 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 ученым 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 ее 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.

Мembrana