Фото: детектор CMS Большого адронного коллайдера
«Многие исследования, которые проводятся на Большом Адронном коллайдере, направлены на то, чтобы понять, как была образована Вселенная. Сегодня в качестве основного сценария ее возникновения рассматривается так называемый сценарий Большого Взрыва. Считается, что он произошел около 14 миллиардов лет назад, в результате чего возникли пространство, время и сама материя», — говорит ученый.
В первые доли секунды после рождения все взаимодействия (электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное) были объединены в одно фундаментальное взаимодействие. Это был период квантового хаоса, когда Вселенная имела колоссальную плотность и температуру. В ней не было ни частиц, ни античастиц.
Постепенное охлаждение привело к появлению первых элементарных частиц — кварков и глюонов. На этом этапе Вселенная представляла собой жидкость из этих частиц, называемую кварк-глюонной плазмой. Дальнейшее уменьшение температуры привело к объединению кварков и глюонов в нуклоны, которые, в свою очередь, стали объединяться в ядра. Постепенно возникли частицы и взаимодействия, образующие наш Мир.
«Предполагается, что Х-частица, открытая недавно коллаборацией CMS на БАКе, могла образовываться в кварк-глюонной плазме в результате столкновения ее конституентов, то есть этих самых кварков и глюонов. Поэтому, обнаружение и исследование свойств этой частицы — это своего рода возможность посмотреть на нашу Вселенную на самом раннем этапе ее жизни.
Можно сказать, что эксперимент CMS — это симуляция, позволяющая понять, какие процессы в принципе могли происходить в первые мгновения с начала Большого Взрыва», — добавляет Александр Фикс.
По словам ученого, это не первый эксперимент, в котором был зарегистрирован сигнал от образования X-частицы. Первыми следует считать результаты 2003 года, полученные коллаборацией Belle на коллайдере KEKB в Японии. Но именно в эксперименте CMS впервые удалось создать условия, когда эта Х-частица захватывается в кварк-глюонной плазме. Такой метод открывает широчайшие возможности для ее исследования с высокой точностью.
«Необходимо понимать, что эти Х-частицы имеют невообразимо малое время жизни, поэтому их невозможно «поймать». Единственный способ их «увидеть» — поймать продукты их распада. Для решения этой задачи в коллаборации CMS был разработан метод машинного обучения, позволивший компьютеру из бесчисленного множества данных выбрать именно те, которые относятся к распаду Х-частицы. Таким способом удалось идентифицировать 100 событий», — поясняет профессор.
Несмотря на открытие самой частицы, ее природа по-прежнему не разгадана. Некоторые теории говорят, что это двухмезонная молекула, согласно другим — это так называемый тетракварк (экзотический объект, состоящий из четырех кварков). Для того, чтобы это понять, потребуется гораздо больший объем данных.
С полным текстом исследования, опубликованным в журнале Physical Review Letters (Q1, IF: 14,105), можно ознакомиться по ссылке.
Справка:
Ученые ТПУ участвуют в работе нескольких коллабораций и департаментов Европейской организации по ядерным исследованиям — ЦЕРН. Так, в коллаборации CMS ученые вуза ведут исследования в рамках проекта BRIL по измерению характеристик пучка частиц. В коллаборации LHCb они работают над модернизацией трекового детектора Sci-Fi, проводят анализ распадов прекрасных и очарованных мезонов, ведут поиск экзотических частиц. В рамках коллаборации NA64 ведутся исследования по поиску темной материи, в эксперименте COMPASS проводят исследования структуры адронов. Томские политехники также участвуют в создании новейших методов диагностики и управления пучком протонов коллайдера совместно с отделением по ускорительным технологиям.