Коллаборация одного из экспериментов Большого адронного коллайдера, LHCb, в которую входит также и группа учёных Высшей школы экономики, опубликовала сообщение об открытии новых тетракварков - экзотических адронов, состоящих из четырех кварков. Эти открытия стали возможны благодаря массивным выборкам данных, собранным экспериментом LHCb при помощи алгоритмов, разработанных в ВШЭ.
Большой адронный коллайдер (БАК) - это установка длиной 27 километров в Европейской организации по ядерной энергии (ЦЕРН), в которой ускоренные до 0.999999991 от скорости света протоны сталкиваются внутри четырех больших экспериментов. Адроны (греч.ἁδρός, что означает "крупный, массивный") - класс частиц, к которому в частности принадлежат протоны, что объясняет происхождение слова “адронный” в названии БАК.
До 1960-х годов адроны считались простейшими частицами, которые составляют вещество. Только в 1964 году была предложена гипотеза о том, что адроны могут состоять из кварков и антикварков. Комбинации кварков могут находиться как в квантово-механическом состоянии с наименьшей энергией - основном состоянии, так и подобно электронам в атомах, кварки могут наблюдаться в возбужденных состояниях с различными значениями углового момента и ориентацией спинов кварков. Следуя традиции физики элементарных частиц, все эти квантовые состояния называются адронами и в более общем смысле частицами.
В кварковой модели адроны состоят из двух или более кварков, связанных сильным взаимодействием. Они так же сильно взаимодействуют между собой, как, например, протоны и нейтроны в ядре атома. Частицы, состоящие из пары кварк-антикварк, называются мезонами, состоящие из трех кварков (или трех антикварков) - барионами, из четырех - тетракварками, их также называют экзотическими адронами. Также были открыты ещё более редкие пентакварки.
В столкновениях протонов на БАК образуется огромное количество адронов. Однако для того чтобы их эффективно реконструировать, а значит, экспериментально наблюдать, требуются высококлассные детекторы.
На рисунке, взятом из новостей ЦЕРН, показаны новые адроны, открытые на БАК с момента его запуска в 2010 году. Цвет символа, сопровождающего имя адрона, указывает на содержание кварков частиц. Адроны сгруппированы согласно их массе и году открытия.
За 11 лет работы БАК учёными, сотрудниками научных коллабораций ATLAS, CMS и LHCb было обнаружено 59 адронов: в среднем почти по одному каждые два месяца. “Очевидно, что Большой адронный коллайдер в ЦЕРН - это огромная фабрика по обнаружению адронов. 52 из 59 открытых на БАК адронов были открыты учёными коллаборации LHCb, в которую входит также и группа исследователей ВШЭ”, - говорит ведущий научный сотрудник ФКН ВШЭ Федор Ратников.
Четыре новых экзотических адрона были добавлены коллаборацией LHCb к этому списку 3 марта. Два из этих новых тетракварков, Zcs (4000) + и Zcs (4220) +, состоят из (c anti-cus). Два других новых тетракварка, X (4685) и X (4630), состоят из c anti-c и s anti-s кварков.
НИУ ВШЭ присоединился к эксперименту LHCb в 2018 году. Группа, базирующаяся на факультете компьютерных наук ВШЭ совместно с исследователями Школы анализа данных Яндекса, приложила много усилий для оптимизации отбора интересных событий в реальном времени, улучшения качества идентификации различных типов частиц в детекторе. Большое количество данных, необходимых для совершаемых LHCb открытий, обрабатывается алгоритмами, разработанными на факультете.
“Эти и другие улучшения стали возможны благодаря высочайшей экспертизе в области методов машинного обучения, накопленной на ФКН и использованной для получения экспериментом наилучших физических результатов”, - подчеркивает Федор Ратников.
В настоящий момент на БАК проходит существенная модернизация. Начало следующей серии работы ускорителя запланировано через год. Коллективы учёных готовят эксперименты к набору новых данных, к новым современным методикам их обработки и новым открытиям.
Информация и фото предоставлены пресс-службой НИУ ВШЭ
