Článek
Nově objevená částice, označená jako Ξcc⁺, vzniká při srážkách protonů ve Velkém hadronovém urychlovači (LHC), kde jsou částice urychlovány téměř na rychlost světla.
Zatímco běžný proton se skládá ze dvou kvarků up a jednoho kvarku down, tento „těžký proton“ obsahuje dva kvarky charm a jeden kvark down. Z tohoto důvodu je přibližně čtyřikrát těžší.
Objev byl prezentován tento týden v rámci série vědeckých konferencí Rencontres de Moriond, zaměřených na částicovou fyziku a astrofyziku.
Co je kvark?
Podle částicové fyziky je kvark elementární částice a jedna ze základních stavebních jednotek hmoty. Tvoří například protony a neutrony, z nichž se skládají atomová jádra. Nikdy se nevyskytují samostatně, jsou vázány silnou jadernou interakcí.
Existuje šest typů kvarků, odborně nazývaných vůně: up (nahoru), down (dolů), charm (půvabný), strange (podivný), top (svrchní) a bottom (spodní). Nejběžnější jsou kvarky up a down, zatímco těžší kvarky, jako charm nebo top, vznikají pouze při vysokoenergetických srážkách v urychlovačích částic.
Klíč k pochopení sil v jádře atomu
Nová částice má zásadní význam pro studium silné jaderné interakce, která váže kvarky uvnitř protonů a neutronů. Přestože jde o jednu ze čtyř základních sil ve fyzice, její přesné fungování je stále předmětem výzkumu.
Již v roce 2017 vědci objevili podobnou částici složenou ze dvou kvarků charm a jednoho kvarku up. Nově objevená částice se liší tím, že místo kvarku up obsahuje kvark down.
Navzdory této zdánlivě malé změně má výrazně kratší „životnost“, podle teoretických modelů až šestinásobně. To její detekci značně komplikuje a zároveň zvyšuje význam samotného objevu.
Ilustrační znázornění „rodokmenu protonů“, které ukazuje, jak z protonu vznikají další částice nahrazením jeho kvarků kvarky typu strange (s), charm (c) nebo bottom (b). Nově objevená částice Ξcc⁺ se nachází na vrcholu.
Technologie, která objev umožnila
Zásadní roli sehrála modernizace detektoru částic LHCb. Tento detektor funguje jako extrémně rychlá „kamera“, která zaznamenává produkty srážek částic ve Velkém hadronovém urychlovači a dokáže analyzovat desítky milionů událostí za sekundu.
Nová částice byla objevena na základě svého rozpadu na tři lehčí částice. Právě jejich stopy umožnily vědcům zpětně rekonstruovat existenci částice Ξcc⁺.
„Jedná se o první novou částici identifikovanou po modernizaci detektoru LHCb, která byla dokončena v roce 2023, a teprve o druhý případ, kdy byl pozorován baryon se dvěma těžkými kvarky,“ uvedl na webových stránkách CERNu mluvčí LHCb Vincenzo Vagnoni.
Podle odborníků může tento objev pomoci objasnit dlouholeté otázky týkající se struktury baryonů, tedy částic složených ze tří kvarků.
Co je Velký hadronový urychlovač?
Je známý též jako LHC (Large Hadron Collider). Je to největší a nejvýkonnější urychlovač částic na světě. Nachází se v podzemním tunelu mezi pohořím Jura ve Francii a Ženevským jezerem ve Švýcarsku.
Zařízení tvoří kruhový tunel o délce 27 kilometrů, v němž jsou částice urychlovány téměř na rychlost světla a následně jsou přivedeny ke srážce. Urychlovač byl spuštěn v roce 2008 a v roce 2012 sehrál klíčovou roli při potvrzení existence tzv. Higgsova bosonu.
Budoucnost výzkumu a nejisté financování
Objev „těžší varianty protonu“ podle vědců představuje další krok k hlubšímu pochopení základních stavebních kamenů hmoty. Každá nová částice totiž není jen izolovaným objevem, ale dílkem do komplexní skládačky, který pomáhá zpřesňovat současné fyzikální teorie.
Jak ale upozorňují některá média, například deník The Guardian, budoucnost podobných experimentů nemusí být samozřejmá. Diskutuje se totiž o možných omezeních rozpočtu, která by mohla zpomalit další výzkum i modernizaci zařízení.
