Физики открыли новую элементарную частицу, причем весьма необычную. Эту работу выполнили сотрудники Национальной лаборатории ускорителей имени Ферми, в общепринятом сокращении Фермилаб, которая входит в систему исследовательских центров министерства энергетики США. Фермилаб располагает самой мощной в мире машиной, сталкивающей протоны с их античастицами – антипротонами. Такие установки называют ускорителями на встречных пучках, или коллайдерами (от английского глагола to collide – сталкивать). На Тэватроне, ускорителе Фермилаба, сталкивают протоны и антипротоны, обладающие энергией в один триллион электронвольт.
На будущий год в Европейском центре ядерных исследований в окрестностях Женевы вступит в действие воистину исполинский протонный коллайдер, мощность которого в семь раз превзойдет мощность «Тэватрона». Его планировали запустить нынешней осенью, но неполадки с одним из магнитных блоков сделали этот срок нереальным.
Однако вернемся к новооткрытому обитателю микромира. Элементарные частицы подразделяются на две обширные группы – лептоны и адроны. Лептоны абсолютно элементарны – в том смысле, что не состоят ни из каких частиц помельче. Их не так много, всего шесть, а если считать и античастицы, то двенадцать. Самые известные лептоны – электрон и его античастица позитрон. Все слыхали о чрезвычайно легкой всепроникающей незаряженной частице нейтрино. Это тоже лептон, к тому же существующий в трех разных версиях.
Адроны устроены совсем иначе. Они сложены из действительно элементарных кирпичиков – кварков. Если в состав адрона входят три кварка, его называют барионом, если два – мезоном. К числу барионов относятся протоны и нейтроны, из которых состоят ядра всех химических элементов.
Кварков столько же, сколько и лептонов – двенадцать (шесть кварков и шесть антикварков). Такое совпадение отнюдь не случайно, в нем проявляется очень глубокая симметрия внутреннего устройства микромира. Из дюжины кварков можно составить множество разнообразных комбинаций, как парных, так и тройных. Поэтому не стоит удивляться, что адронов гораздо больше, чем лептонов.
Все они, за исключением протонов и нейтронов, нестойки и распадаются за ничтожные доли секунды. Эти частицы можно обнаружить в составе космических лучей, или же, что случается много чаще, выявить в ходе экспериментов на ускорителях. Ускоритель разгоняет и сталкивает стабильные частицы, которые при соударениях порождают целые ливни короткоживущих частиц, среди которых могут оказаться еще неизвестные науке. Такие открытия нередко удостаиваются Нобелевской премии.
А теперь о самом главном. Кварки подразделяются на три семейства (в каждом по два кварка и два антикварка). Протоны и нейтроны сложены лишь из кварков первого семейства. Открыто немало барионов, образованных кварками двух различных семейств, но до сих пор ни в едином эксперименте не наблюдали барионов, в состав которых входит по одному кварку из всех трех групп. И вот впервые за всю историю физики высоких энергий такой барион обнаружен. Он состоит из одного d-кварка (первое семейство), одного странного кварка (второе) и одного b-кварка (третье). Именно поэтому новая частица по-настоящему уникальна.
Физики присвоили ей название «кси-би». Есть у него и другое название – «каскад-би». Он несет электрический заряд и по массе примерно вшестеро превосходит протон.
Как и прочие частицы, сотворенные в «Тэватроне», он появляется на свет в результате лобового столкновения протонов с антипротонами. Он покидает место рождения со скоростью, близкой к световой, успевает отойти оттуда лишь на несколько миллиметров и распадается на пару других частиц, тоже экзотических, но все-таки уже известных. Те опять-таки живут недолго и после серии превращений дают начало одному протону, двум мюонам (тяжелым аналогам электрона) и двум пи-мезонам. Мюоны и пи-мезоны также нестабильны, однако давно и хорошо изучены, и поэтому зарегистрировать их присутствие – не слишком сложная задача. Собственно говоря, экспериментаторы увидели не саму новую частицу, а хвост ее распадов. И это отнюдь не исключение, а типичная ситуация.
Рождение бариона «кси-би» - исключительно редкое явление. Ученые натолкнулись на него в ходе анализа накопленных в течение пяти лет данных о триллионах протонно-антипротонных столкновений. В общей сложности было выявлено 19 случаев рождения бариона-би. Статистический анализ показал, что вероятность ошибки составляет не больше одной тридцатимиллионной. Так что барион-би с полным основанием можно считать открытым.
