V CERNu objevili novou částici. Xi-cc-plus je „obtloustlý bratranec“ protonu

Fyzikové využili největší urychlovač na světě v pátrání po podivné elementární částici, kterou zřejmě matně zahlédli před více než dvaceti lety. Experiment proběhl úspěšně a nově objevená částice má podle vědců velmi netypické vlastnosti.

Asi před dvaceti lety měli fyzici podivnou zkušenost. Na prchavý zlomek sekundy se jim v datech mihlo něco, co vypadalo jako rozmazaná „lochneská příšera“. Něco, co by nemělo existovat, ale přesto důkazy viděli na vlastní oči. Byť jen velmi krátce.

Částice, kterou ve Fermilabu několikrát zaznamenali, se mihla před přístroji experimentu SELEX jen šestnáctkrát a její chování odporovalo tomu, co předpovídala teorie. Protože se objev nepodařilo zopakovat, vědci ho odsunuli do pomyslné škatulky „zajímavosti a podivnosti“ a rozhodli se vyčkat, jestli by lepší přístroje nebo vybavení nemohly přinést kvalitnější snímky této „lochnesky“.

Po pomíjivé částici sice pátraly i jiné experimenty, ale marně. Až nyní se konečně podařilo ji „chytit“.

Vědci totiž na experimentu, který proběhl na Velkém hadronovém urychlovači v CERNu, potvrdili existenci právě této částice, které dali jméno, jež si veřejnost nemá příliš šanci zapamatovat: Ξcc⁺ neboli Xi-cc-plus. Na projektu, který využil modernizace výše uvedeného urychlovače, se podílela tisícovka vědců z více než dvaceti zemí světa.

Velký hadronový urychlovač je tunel dlouhý 27 kilometrů, ve kterém výzkumníci urychlují protony téměř na rychlost světla a pak je nechají srážet se. A sledují, co se bude dít. Při těchto srážkách vznikají na zlomek sekundy různé vzácné částice — včetně Xi-cc-plus. Částice sice okamžitě zaniká a rozpadá se na jiné, jednodušší, ale vědcům i to stačí. Z těchto „střepů“ totiž zpětně poznají, jaká částice tam byla původně. Trošku to připomíná archeologii, kdy experti z úlomků pravěké nádoby skládají vzhled původní vázy.

„Četnost srážek na urychlovači je asi 40 milionů za sekundu. Původní detektor LHCb musel většinu srážek zahodit ještě dřív, než se na ně kdokoliv podíval - a právě události jako ta, kterou kolegové teď pozorovali, padaly do koše jako první,“ uvedl pro ČT24 Tomáš Jakoubek z Fyzikálního ústavu AV ČR, který na experimentech v CERN také podílí. „Navíc Ξcc⁺ má náboj jen +1, takže se v datech mnohem víc podobá obyčejnému pozadí. Je to trochu jako hledat konkrétního člověka v davu - čím víc splývá s ostatními, tím lepší detektiv je potřeba.“ 

Masivní bratranec protonu

Od dob, kdy se děti ve školách učily, že existují tři elementární částice – proton, elektron a neutron – se svět částicové fyziky výrazně zvětšil. Dnes věda zná částic rovnou několik desítek. Přesto je čerstvý objev nesmírně důležitý – mimo jiné jde totiž o první částici, kterou vědci popsali pomocí upraveného Velkého hadronového urychlovače.

Nově pozorovaná částice Ξcc⁺ je těžším příbuzným protonu, který mezi lety 1917 až 1919 objevil v Manchesteru fyzik Ernest Rutherford se svými kolegy. Pro zajímavost – za objev protonu byl nominován na Nobelovu cenu, kterou odmítl s tím, že „už jednu má“. Xi-cc-plus je protonu svou strukturou velmi podobný, jen je asi čtyřikrát těžší.

Vesmír je složený z atomů, které na rozdíl od představ antických filosofů nejsou nedělitelné. Skládají se z menších částic, jimž se říká elementární. I ty se ale dají dělit na menší části.

Nejmenší dílky této stavebnice se jmenují kvarky. Kvarky jsou tak malé, že se nedají přímo pozorovat, ale věda ví, že existují. A existují v různých „příchutích" – fyzici je pojmenovali trochu vtipně: up, down, strange, charm, bottom a top. Česky: horní, dolní, podivný, půvabný, spodní a vrchní.

Když se tři kvarky spojí dohromady, vznikne částice, které se říká baryon. Nejznámější baryony jsou proton a neutron, ze kterých se skládají jádra atomů.

Většina baryonů (jako proton nebo neutron) obsahuje lehké kvarky. Ale kvarky označené jako charm (půvabný) jsou mnohem těžší. Částice Xi-cc-plus je výjimečná tím, že obsahuje rovnou dva tyto kvarky najednou. To je zatím v současném modelu základních částic dost vzácné.

Důkazy jsou tentokrát mnohem silnější než při experimentu z roku 2002, který je popsaný v úvodu článku. Vědci zaznamenali celkem 915 událostí, kdy Xi-cc-plus vznikla rozpadem jiných částic. Její existence byla ale více než prchavá: trvala jen 45 femtosekund. Tak krátký čas se špatně představuje, pro lepší srovnání je jedna sekunda vůči jedné femtosekundě asi jako 31 milionů let vůči jedné sekundě. Světlo, které cestuje rychlostí 300 tisíc kilometrů za sekundu, urazí za 45 femtosekund jen vzdálenost 0,013 milimetru — tedy asi desetinu tloušťky vlasu.

Rodina protonů se rozrostla
Zdroj: LHCB

Jako maličká dvojhvězda

Objevitel protonu Rutherford také přišel na to, že vzhled částic odpovídá takzvanému planetárnímu modelu, který se dnes učí ve školách – právě za to dostal Nobelovu cenu. A podobně jako v nějaké sluneční soustavě to vypadá i uvnitř nově objevené částice. Dva těžké charm kvarky jsou jako dvě hvězdy, které krouží kolem sebe navzájem; třetí, lehký kvark, obíhá kolem nich jako planeta kolem dvojhvězdy.

Zajímavé také je, že částice má jinou hmotnost, než předvídal původní objev z roku 2002, což znamená, že už to není žádná „lochneska“, ale normální zástupce částic, který odpovídá teoretickým předpokladům moderní fyziky. Zatím ale není úplně jasné, jestli před dvaceti lety ve Fermilabu jen špatně měřili, anebo narazili na nějakou úplně jinou částici.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

AI poprvé vytvořila funkční viry. Vědci varují i uklidňují

Americkým bioinženýrům se podařilo poprvé naučit pokročilý model umělé inteligence (AI), aby navrhoval viry, které by se daly využít v medicíně. Úspěch ale vyvolává i kritiku, protože podobným způsobem by se daly vytvářet také viry schopné ohrozit rostliny, zvířata i lidi.
před 4 hhodinami

Virtuální realita mění medicínu. Lékaři si otestují každý řez, říká český expert

Moderní technologie vstupují v současné době do medicíny rychleji než kdy dřív. V oboru chirurgie jater se kombinuje dokonce několik hi-tech přístupů současně: od umělé inteligence, přes virtuální realitu, až po augmentové vnímání světa. V pražském IKEMu má tuto technologickou revoluci na starost David Sibřina.
před 5 hhodinami

V Kongu hrozí mutace eboly, obávají se virologové

Virus eboly, který v Kongu způsobuje jednu z nejhorších epidemií v historii, by mohl mutovat, varují zdravotníci. Afričtí odborníci proto plánují výrazně rozšířit zásah proti nákaze, včetně vyhledávání pacientů přímo v domácnostech. Počet potvrzených případů už překročil čtyři tisíce a podle úřadů jde o druhou největší epidemii eboly v historii.
před 11 hhodinami

Pobyt u vodních ploch zvyšuje duševní pohodu, ukázala mezinárodní studie

Pobyt u vody prospívá duševní pohodě, obzvlášť když se člověk cítí bezpečně a do vody také vstoupí. Vyplývá to z mezinárodní studie, která zkoumala více než 17 tisíc návštěv vodních ploch v devatenácti zemích.
před 11 hhodinami

Od Moravy po Maďarsko. Srpnová horká vlna se zapíše do dějin klimatologie

Ve střední Evropě zvolna končí další mimořádně horké období. Těžiště vlny veder se na začátku srpna přesunulo především nad Moravu, Maďarsko, Slovensko a východní Rakousko. Odpolední teploty na rozsáhlém území překračovaly 35 stupňů Celsia a lokálně se dostávaly až ke čtyřicítce. Ještě významnější jsou ale velmi teplé noci, během kterých teplota nejen v centrech měst, ale i ve vyvýšených polohách zůstávala výrazně nad dvaceti stupni. Výsledkem jsou opět nové teplotní rekordy – včetně těch absolutních.
včera v 17:00

Video„A pak ticho,“ popisovali přeživší po svržení atomové bomby na Hirošimu

V jediné sekundě se změnil svět. Svržení atomové bomby na Hirošimu. A pak ticho – tak ten moment popisují přeživší. Co všechno americký prezident Harry S. Truman o jaderné bombě nevěděl? Co ho překvapilo, když viděl fotografie zničené Hirošimy? Proč nakonec nenařídil útok na Kjóto? A který útok Američanů na japonské cíle byl ve skutečnosti nejničivější, pokud jde o počet obětí? Po 81 letech se dozvídáme mnohem víc o tom, co se odehrávalo na konci druhé světové války, když se Američané rozhodovali bombu na Hirošimu svrhnout. O samotném okamžiku, jeho přípravách i důsledcích pro americkou, japonskou – a nepřímo i německou – společnost mluví Jaroslav Zoula, redaktor vědecké redakce České televize a autor podcastových sérií Úsvit atomového věku a Černobyl: stín atomového věku.
včera v 16:09

Na Cambridgeské univerzitě skončil profesor obviněný z plagiátorství

Na Cambridgeské univerzitě ve středu skončil 41letý černošský profesor Jason Arday, který byl obviněn z plagiátorství některých částí své disertace. Učinil tak krátce poté, co tato prestižní britská instituce v souvislosti s obviněním oznámila zahájení vyšetřování, uvedla agentura AFP. Kauza je podle ní příkladem kulturní války zmítající mnoha univerzitami, z nichž některé vyvolávají podezření ohledně kritérií přijímání výzkumných pracovníků z řad menšin.
včera v 15:00

ISS je zastaralá, soukromá stanice ji plně nahradí, věří bývalý astronaut Kopra

Soukromé společnosti už ovládly dopravu nákladu i lidí do vesmíru. A teď se zaměřují na výstavbu vlastních stanic na oběžné dráze Země. Mimo jiné i proto, že Mezinárodní vesmírná stanice (ISS) bude fungovat už jen několik let, přestat sloužit by měla kolem roku 2030. Jednu z plánovaných náhrad ISS má na starosti exastronaut NASA Tim Kopra, který poskytl rozhovor vědecké redakci České televize. Podílí se na vývoji stanice Starlab společnosti Voyager Technologies, přičemž využívá vlastních zkušeností z pobytu na ISS.
včera v 14:00

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.