В кварк-глюонной плазме нашли таинственные «частицы Х»
Перед охлаждением часть этих кварков и глюонов беспорядочно сталкивалась, образуя недолговечные «частицы X». Их структура неизвестна, и сегодня они встречаются крайне редко. Физики предполагают, что они могут возникать в ускорителях частиц в результате высокоэнергетических столкновений и вспышек кварк-глюонной плазмы.
Команда использовала методы машинного обучения, чтобы «просеять» более 13 миллиардов столкновений тяжелых ионов, каждое из которых привело к образованию десятков тысяч заряженных частиц. Среди этого сверхплотного, высокоэнергетического «варева» частиц исследователи смогли выделить около 100 таинственных частиц типа X, известных как X (3872) — по предполагаемой массе частицы.
Основными составными частями материи являются нейтрон и протон, каждый из которых состоит из трех тесно связанных кварков. Только недавно физики начали замечать признаки экзотических «тетракварков» — частиц, созданных из редкой комбинации четырех кварков. Ученые подозревают, что X (3872) — это либо компактный тетракварк, либо совершенно новый вид молекул, созданных не из атомов, а из двух слабо связанных мезонов — субатомных частиц, которые сами состоят из двух кварков.
X (3872) был впервые обнаружен в 2003 году в эксперименте Belle — коллайдере частиц в Японии, который сталкивает вместе высокоэнергетические электроны и позитроны. В этой среде редкие частицы распадались слишком быстро, чтобы ученые могли детально изучить их структуру. Была выдвинута гипотеза, что X (3872) и другие экзотические частицы могут быть лучше изучены в кварк-глюонной плазме.
Команда использовала алгоритм машинного обучения, который выбирал модели распада, характерные для X-частиц. Сразу после образования частиц в кварк-глюонной плазме они быстро распадаются на «дочерние» частицы, которые рассеиваются. Для частиц X эта схема распада отличается от всех других частиц.
Исследователи определили ключевые переменные, которые описывают форму распада частиц X. Они обучили алгоритм машинного обучения распознавать эти переменные, а затем скормили алгоритму фактические данные, полученные в ходе экспериментов по столкновениям на БАК. Алгоритм смог просеять чрезвычайно плотный и шумный набор данных, чтобы выбрать ключевые переменные, которые, вероятно, являются результатом распада частиц X.
Исследователи увеличили масштаб сигналов и заметили пик при определенной массе, указывающий на присутствие частиц X (3872), всего около 100.
В ближайшие год-два исследователи планируют собрать гораздо больше данных, которые должны помочь выяснить структуру частицы X. Если частица представляет собой плотно связанный тетракварк, она должна распадаться медленнее, чем если бы это была свободно связанная молекула.
Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
В первые миллионные доли секунды после Большого взрыва Вселенная представляла собой бурлящую при температуре в триллион градусов плазму кварков и глюонов.