Триллионная доля секунды — это много или мало? Для очарованных барионов это целая жизнь

Могут ли два изогнутых кристалла помочь открыть «новую физику»? Стандартная модель элементарных частиц прекрасно описывает мир на самых малых масштабах, но оставляет без ответа ключевые вопросы. Почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии? Что такое тёмная материя? Где спрятаны остальные «белые пятна»?

Один из способов заглянуть за пределы Стандартной модели — как можно точнее измерять свойства частиц и сравнивать результаты с теорией. Несовпадение может намекнуть на скрытые механизмы и постепенно собрать более полную картину устройства мира.

В числе частиц, которые особенно интересны физикам, — очарованные барионы. Например, Λc+, тяжёлый «родственник» протона, состоящий из трёх кварков: одного верхнего, одного нижнего и одного очарованного. Эти частицы живут меньше триллионной доли секунды, и их изучение становится гонкой со временем. Многие их характеристики до сих пор не измерены с высокой точностью, а значит, в них может скрываться новая физика. Особенно важны магнитный и электрический дипольные моменты. Именно такие измерения в прошлом уже не раз становились решающими проверками теорий и приводили к неожиданным открытиям.

Обычные методы тут бессильны: частицы распадаются слишком быстро, чтобы магнитные поля успели их заметно отклонить. Но в кристалле атомы выстроены в строгую решётку, образующую крошечные каналы. Если такой кристалл слегка изогнуть и поместить в поток заряженных частиц, те могут пройти по каналам и отклониться достаточно сильно даже на сверхкоротком пути. Это и открывает шанс «поймать» свойства очарованных барионов.

Эксперимент TWOCRYST использует именно этот принцип. Первый кремниевый кристалл установлен у пучка протонов Большого адронного коллайдера и отклоняет их от основного луча на вольфрамовую мишень, где в столкновениях рождаются барионы. Второй кристалл изгибает траекторию уже самих частиц настолько, чтобы их дипольные моменты можно было измерить специальными детекторами.

В июне 2025 года на энергии 450 ГэВ система впервые заработала в реальных условиях. Два кристалла были точно выровнены, и учёным удалось зарегистрировать так называемое «двойное каналирование», когда частицы последовательно проходят через оба изгиба. Это впервые наблюдали на LHC и на столь высокой энергии. Дальше команду ждут испытания при энергиях в несколько тераэлектронвольт.

Теперь исследователи будут детально анализировать данные, чтобы понять, достаточно ли частиц удаётся собрать для будущего полномасштабного эксперимента. Но уже сейчас ясно, что TWOCRYST открыл новое направление в использовании кристаллов на коллайдере и может повлиять на дизайн будущих экспериментов и методов управления пучком частиц.