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

Ukrajinská armáda popsala robotické útoky na ruské okupanty

Válka na Ukrajině překresluje staré mapy, na nichž byly vyznačené vojenské operace. Stále častěji se na nich místo lidských jmen objevují názvy pozemních robotů a létajících dronů, které vojáky nahrazují. Zástupci ukrajinské armády teď popsali, jak tyto operace probíhají a jak časté jsou.
před 8 hhodinami

Gruzie zahájila obnovu lužních lesů u hranic s Arménií a Ázerbájdžánem

Na ploše 65 hektarů v lesním komplexu Gardabani–Marneuli v kraji Kvemo Kartli na jihovýchodě Gruzie, nedaleko hranic s Arménií a Ázerbájdžánem, začala obnova lesů. Lokalita leží v povodí řeky Mtkvari (Kury) a je součástí poškozeného lužního ekosystému. Rozloha 65 hektarů odpovídá zhruba devadesáti fotbalovým hřištím.
před 10 hhodinami

Vědci rozplétají komplikovaný kočičí apetit

Rozmazlenost koček ohledně výběru potravy je dobře známá, zejména když se srovná se psy. Skupina japonských vědců ji teď detailně prostudovala a pokusila se najít pravidla této kočičí vlastnosti. Věří, že i přes své limity by výzkum mohl mít dopady na to, jak kočky správně krmit, což by mohlo chovatelům ušetřit nemalé finance a zvířatům udržovat zdraví.
před 11 hhodinami

Manželé vyléčili vrozenou slepotu. Dostali za to „vědeckého Oscara“

Proč se dítě někdy narodí slepé? Velmi často za to může genetická porucha, která se jmenuje Leberova kongenitální amauróza, známá i pod zkratkou LCA. Až donedávna to byla diagnóza, která nedávala takovým dětem žádnou naději. Změnili to dva lidé, kterým to zabralo čtvrt století. Teď za to molekulární bioložka Jean Bennettová a oftalmolog Albert Maguire dostali prestižní ocenění Breakthrough Prize a odměnu ve výši tří milionů dolarů, v přepočtu šedesát milionů korun.
před 13 hhodinami

Satelity ukázaly památky UNESCO z vesmíru

V rámci Mezinárodního dne památek a sídel se Evropská vesmírná agentura spojila s organizací UNESCO, aby společně přiblížily krásu i křehkost míst, která uchovávají společnou paměť lidstva. Zároveň zdůrazňují, že ať už jde o kulturní památky, nebo přírodní divy, tato místa vyprávějí příběh o tom, kým jsme. Jejich zachování není jen naší povinností, ale také závazkem vůči budoucím generacím.
před 13 hhodinami

Houby jsou podle afrických vědců základem života na Zemi

Houby patří podle vědců k základním pilířům života na Zemi. Afričtí mykologové podle deníku The Guardian upozorňují, že bez systematického výzkumu a ochrany hub nelze účinně chránit ani lesy, půdu či klima.
před 15 hhodinami

Černobyl dnes: o život jde na místech, kde to voní jarem

O Černobylu a jeho dopadech na lidské zdraví vyprávěl pro Českou televizi jeden z lidí, kteří ho znají nejlépe. Alexandr Kupnyj podnikl do nitra zničené elektrárny několik expedic a dobře ji prozkoumal.
před 16 hhodinami

Nový lék může dětem s Duchennovou svalovou dystrofií oddálit ztrátu chůze

Dětem s Duchennovou svalovou dystrofií (DMD) by mohl pomoci nový přípravek, který zpomaluje postup nemoci a oddaluje ztrátu schopnosti chůze. V Česku ho pojišťovna zatím schválila prvnímu pacientovi. Onemocnění, při němž postupně odumírají svaly, zatím nelze zcela vyléčit. Nemocí trpí v zemi přes 350 lidí.
před 17 hhodinami
Načítání...