Доказательства существования новой субъядерной частицы - экзотического мезона - были обнаружены группой физиков из Университета Нотр-Дам и шести других институтов. По словам Нила Кейсона, профессора физики Нотр-Дама и сопредседателя проекта, эта частица до сих пор оставалась незамеченной.
Группа физики элементарных частиц в Нотр-Даме – профессора Кейсон, Уильям Шепард, Джон ЛоСекко и Джеймс Бишоп – и еще 47 человек участвуют в этом исследовании, которое было опубликовано в выпуске Physical Review Letters от 1 сентября.
«Наше наблюдение экзотического мезона важно для понимания основных сил, действующих между элементарными частицами», - сказал Кейсон. «Сравнение наших результатов с текущими теоретическими моделями позволит нам начать детальное понимание этих сил».
Эксперимент под названием E852, проведенный в Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде, описан в диссертации докторанта Нотр-Дама Дэвида Томпсона. Пять других аспирантов Нотр-Дама входят в число 51 исследователя, участвовавшего в исследовании.
«Это очень важное открытие», - сказал Тед Барнс, физик-теоретик из Окриджской национальной лаборатории и профессор физики в Университете Теннесси. «Теоретики предсказывали существование экзотических мезонов с конца 1970-х годов, но E852, возможно, нашел доказательство их существования. Это эталон, который установит математические весы для будущих экспериментов и теоретических исследований."
Мезон - очень нестабильная элементарная частица средней массы с коротким периодом жизни, похожая на протон или нейтрон, но меньшая по размеру. Все три состоят из самой простой элементарной частицы, кварка. Протоны и нейтроны состоят из трех кварков, а обычные мезоны состоят из одного кварка и одного антикварка.
«На протяжении многих лет мы наблюдали и каталогизировали мезоны, при этом большая часть работы выполнялась здесь, в Нотр-Даме», - сказал Кейсон. «Мы искали новую форму мезона - экзотический мезон».
Стандартными блоками одного типа экзотических мезонов являются кварк, антикварк и глюон, еще одна элементарная частица, которая «склеивает» кварк и антикварк.
Используя пучки частиц высокой энергии на ускорителе в Брукхейвене, Кейсон сказал: «Мы обнаружили мезон, который, как мы знаем, не состоит из кварка и антикварка, а это означает, что он должен быть экзотическим мезоном. Существует несколько различных видов экзотических мезонов, и сейчас мы собираемся начать работу, чтобы определить, какой это тип».
Мезоны и экзотические мезоны «не являются частью нашей повседневной жизни», сказал Кейсон. «Поскольку они нестабильны, с ними нельзя создавать высшие формы материи».
Однако открытие экзотического мезона важно, потому что оно позволит физикам расширить свое понимание природы на ее самом фундаментальном уровне, сказал Кейсон.
«Когда мы ищем такую материю (экзотический мезон), на самом деле мы ищем фундаментальные взаимодействия между материей», - сказал Кейсон. «Насколько нам известно, в природе существует только четыре фундаментальных взаимодействия - гравитационное, электрическое, сильное и слабое взаимодействие. Это исследование поможет нам лучше понять свойства сильного взаимодействия».
Исследование началось в 1989 году и финансировалось Отделами физики высоких энергий и ядерной физики Национального научного фонда и Министерством энергетики через Брукхейвен.
Другими учреждениями, участвующими в совместном проекте, являются Брукхейвен, Массачусетский университет в Дартмуте, Северо-Западный университет, Политехнический институт Ренсселера, Московский государственный университет и Институт физики высоких энергий в России.