Hi-Tech

На БАК обнаружили экзотические частицы из пяти кварков

Но этим не ограничивается: эти субатомные частицы могут также соединяться экзотическим образом, какого мы никогда не видели. Все, что вы видите вокруг, состоит из элементарных частиц — кварков и лептонов, которые могут объединяться с формированием более крупных частиц, таких как протоны или атомы. Результаты их работы могут помочь нам открыть множество загадок теории кварков, важнейшей части Стандартной модели. Коллаборация ЦЕРН LHCb объявила об открытии новых частиц, которые получили название «пентакварков».

На БАК нашли пентакварки: что это такое?

Этот растущий «зоопарк» по всей видимости фундаментальных частиц вызвал смятение в рядах физиков, которые обожают простоту и порядок — и очень не любят плодить основные принципы. Кварки впервые были предложены для объяснения странностей новых частиц, обнаруженных в космических лучах и в ходе экспериментов на коллайдерах в середине 20 века. Знаменитый итальянский физик Энрико Ферми подметил настроение коллег и сказал следующее: «Молодой человек, если бы я мог упомнить названия всех этих частиц, я был бы ботаником».

Подобно тому, как периодическая таблица подразумевает существование вещей, которые меньше атомов, теория Гелл-Мана предполагала существование нового класса фундаментальных частиц. К счастью, в 1960-х годах американский физик Мюррей Гелл-Манн заметил в зоопарке частиц закономерности, подобные тем, которые подметил Дмитрий Менделеев, составляя периодическую таблицу химических элементов. Физики частиц в конечном итоге смогли объяснить, что сотни частиц в зоопарке состоят из гораздо меньшего числа действительно фундаментальных частиц, называемых кварками.

Загадочные адроны

У них также есть спутники в виде антиматерии — считается, что у каждой частицы есть версия из антиматерии, практически идентичная ей, но с противоположным зарядом. В Стандартной модели есть шесть типов кварков — нижний, верхний, странный, очарованный, красивый и истинный. Кварки и антикварки объединяются с созданием частиц, известных как адроны.

Одна из частиц состоит из трех кварков — барионов (которые включают протоны и нейтроны, составляющие атомные ядра) — и других частиц, состоящих из кварка и антикварка, то есть мезонов. Согласно модели Гелл-Манна, есть два широких класса адронов.

Но в 1960-х годах Гелл-Манн также вывел возможность более экзотических комбинаций кварков, таких как тетракварки (два кварка и два антикварка) и пентакварков (четыре кварка и один антикварк). До недавних пор барионы и мезоны были единственными типами адронов, которые наблюдались экспериментально.

Это породило поток интереса к новым экзотическим адронам. В 2014 году LHCb, где проводится один из четырех гигантских экспериментов на Большому адронном коллайдере ЦЕРНа, опубликовал результаты, показывающие, что частица Z(4430)+ была тетракварком. Затем, в 2015 году, LHCb анонсировал открытие первого в истории пентакварка, который прибавил совершенно новый класс частиц в семейство адронов.

Это стало возможно благодаря потоку новых данных, записанных во время второго запуска Большого адронного коллайдера. Результаты, представленные LHCb сегодня, расширяются после того первого открытия пентакварков за счет обнаружения дополнительных таких частиц. Когда Лиминг и его коллеги исследовали оригинальный пентакварк, обнаруженный в 2015 году, они были удивлены, узнав, что он разделился на две части. Лиминг Чжан, профессор Университета Цинхуа в Пекине и один из физиков, которые проводили измерения, говорит, что «сейчас у нас в десять раз больше данных, чем в 2015 году, что позволяет нам видеть более интересные и тонкие структуры, чем раньше». Изначальный пентакварк представлял собой две отдельные частицы-пентакварка, которые имели настолько похожие массы, что их приняли за одну частицу.

LHCb также нашел третий пентакварк с массой поменьше, чем у первых двух. Но два пентакварка по цене одного — это еще не все интересные новости. Все три пентакварка состоят из одного нижнего кварка, двух верхни, очарованного кварка и очарованного антикварка.

Один из вариантов заключается в том, что они действительно состоят из пяти кварков, причем смешанных равномерно в одном адроне. Большой вопрос заключается вот в чем: какова точная внутренняя структура этих пентакварков? Другая возможность в том, что пентакварки на самом деле представляют собой барион и мезон, которые слиплись воедино с образованием слабо связанной молекулы, подобно тому, как протоны и нейтроны связываются вместе внутри атомного ядра.

Наиболее вероятный вариант состоит в том, что эти пентакварки являются барион-мезонными молекулами, добавляет он. Томаш Скварницкий, профессор физики в Сиракузском университете в Нью-Йорке, который также работал над измерением, рассказал, что новое состояние обладает «массой, которая дает подсказки о внутренней структуре пентакварков». Это значит, что история пентакварков еще далека от завершения. Чтобы быть абсолютно уверенными, физикам нужно будет провести дополнительные эксперименты, а также разработать теорию.

БАК пока не обнаружил никаких частиц, выходящих за рамки Стандартной модели, которые могли бы помочь объяснить загадки вроде темной материи, невидимой и неизвестной субстанции, составляющей большую часть материи во Вселенной. Эти результаты завершают неделю невероятных объявлений LHCb, в числе которых открытие нового вида асимметрии материи и антиматерии.

Возможно, наш лучший шанс найти ответы на большие вопросы, стоящие перед фундаментальной физикой, заключается в более детальном изучении частиц, о которых мы уже знаем, а не в открытии новых. Однако эти захватывающие измерения показывают, что многое еще предстоит узнать о частицах и силах Стандартной модели. В любом случае, многое еще предстоит открыть.

Расскажите в нашем чате в Телеграме. Как думаете, что еще мы найдем?

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть