Учёные воссоздали рождение Вселенной и обнаружили загадочные «частицы Х»

Физики Европейского центра ядерных исследований провели на Большом адронном коллайдере эксперимент для воссоздания кварк-глюонной плазмы. Это особое состояние материи, в котором Вселенная пребывала в первые мгновения после Большого взрыва.

В привычных нам состояниях вещество состоит из молекул, а они — из атомов. Атомы, в свою очередь, включают ядро из положительных протонов и нейтральных нейтронов, а также отрицательно заряженные электроны.

При крайне высоких температурах ядро распадается на протоны и нейтроны. Они, в свою очередь, состоят из кварков, соединённых глюонами — элементарными частицами, которые не имеют массы и являются векторными калибровочными бозонами.

При сверхвысоких энергиях частиц (которые, собственно, и определяют температуры на уровне триллионов градусов) кварки и глюоны разделяются. Образуется кварк-глюонная плазма , в которой кварки и глюоны движутся независимо друг от друга.

В Большом адронном коллайдере физики разогнали протоны и нейтроны из 13 млрд атомов свинца до максимальных скоростей. Частицы врезались друг в друга, и образовалась кварк-глюонная плазма, которая просуществовала несколько миллиардных долей секунды.

Проанализировав данные эксперимента с помощью нейросети, учёные обнаружили около сотни необычных мезонов X (3872). Это нестабильные частицы, которые состоят из равного числа кварков и антикварков, существуют до нескольких стомиллионных долей секунды и обычно регистрируются только в виде осколков. Но такое количество загадочных «частиц Х» раньше получить не удавалось.

Набор квантовых характеристик X (3872) оказался необычен для мезонов в целом. Они не вписываются в кварковую модель, предложенную Гелл-Манном и Цвейгом в 1964 году и описывающую устройство и формирование вещества.

Изучение частиц Х должно дополнить кварковую модель. В целом это не первый случай, когда теория не совпадала с результатами экспериментов, и это каждый раз порождает новые поводы для научных исследований.

Важно, что теперь учёные знают, как получить достаточно большое количество мезонов Х в кварк-глюонной плазме и проанализировать данные о них с помощью интеллектуальных алгоритмов. Это поможет точнее описать первые мгновения существования Вселенной после Большого взрыва и глубже понять процессы, которые привели её к современному состоянию.