Колко нови частици са открити в Големия адронен колайдер?
Най-известното откритие, разбира се, е
Какво представляват адроните?
И така, какви са тези 59 нови адрона?Нека започнем в началото: адроните не са елементарни частици - физиците знаят това от 1964 г., когато Мъри Гел-Ман и Джордж Цвайг предлагат независимо това, което днес е известно като кварков модел. Тя представи адроните като съставни частици, състоящи се от нови видове елементарни частици - кварки.
Quarks се раждат безплатни, но се намират само обвързани ...
Франк Вилчек,
Лауреат на Нобелова награда за физика за откриването на асимптотична свобода в теорията за силните взаимодействия, 2004 г.
Самият термин "адрон" идва от гръцки„Хадрос“ е силен и отразява свойството на адроните да участват в силни взаимодействия. Това са фундаментални взаимодействия с малък обхват, които свързват кварки в нуклоните и други адрони. Силата на това взаимодействие далеч превъзхожда силата на останалите три основни взаимодействия - електромагнитно, слабо и гравитационно.
Кратък преглед на различните семейства елементарни и съставни частици и теории, описващи тяхното взаимодействие. Елементарните частици вляво са фермиони, вдясно - бозони.
Адроните са свързани системи от кварки и антикварки. Има два вида адрони - бариони и мезони.
- Барионите (барионов заряд B = 1) са частици, съставени от три кварка (qqq) и са фермиони (J = 1/2, 3/2, ...).Барионите включват например протона и неутрона.
- Антибарионите (B = -1) се състоят от три антикварка (). Антипротонът и антинейтронът принадлежат към групата на антибарионите.
- Мезоните (B = 0), състоящи се от кварк и антикварк (q), заемат междинно положение. Мезоните имат цяло число спин и са бозони (J = 0, 1, 2, ...)
Кварките, от друга страна, са фундаментални частици в Стандартния модел.Те имат електрически заряд, който е кратен на e/3 и не се наблюдава в свободно състояние.
Професор Мъри Гел-Ман в пещерата ATLAS през 2012 г. Гел-Ман предлага модела на кварка и името "кварк" през 1964 г. и печели Нобелова награда за физика през 1969 г. (Изображение: ЦЕРН)
Как се появяват нови адрони?
Но точно както изследователите все още откриват нови изотопи след 150 годиниСлед като Менделеев създава периодичната таблица, изследването на възможните съставни състояния, образувани от кварките, все още е активна област на физиката на елементарните частици.
Причината за това се крие в квантовата хромодинамика.или QCD, теория, описваща силното взаимодействие, което задържа кварките заедно в адроните. Това взаимодействие има няколко интересни характеристики, включително факта, че силата на взаимодействието не намалява с разстоянието. Това води до свойство, което забранява съществуването на свободни кварки извън адрони - ограничение на цвета. Подобни характеристики правят тази теория много трудна от математическа гледна точка.
Всъщност досега самото ограничение на цвета не е доказано аналитично.И учените все още нямат начин да предскажат точно кои комбинации от кварки могат даза образуване на адрони.
Какво знаем за адроните?
Още през 60-те години на миналия век вече имаше повече от 100 известни разновидности на адрони.Те са открити в ускорителни експерименти и в експерименти с космически лъчи.Моделът на кварките позволи на физиците да опишат целия "зоопарк" като различни съставни състояния на само три различни кварка: нагоре, надолу и странно.Всички известни адрони могат да бъдат описани като състоящи се от три кварка (образуващи бариони) или като двойки кварк-антикварк (образуващи мезони).Но теорията прогнозира и други възможни дизайни на кварки.
Вече в оригиналната статия на Гел-Ман за кваркиПрез 1964 г. идеята за частици, съдържащи повече от три кварка, се счита за възможна. Днес учените знаят, че такива частици наистина съществуват. И все пак, бяха необходими няколко десетилетия, за да се потвърдят експериментално първите четири- и петкваркови адрони или тетракварки и пентакварки.
Пълен списък с 59 нови адрона, открити в LHC, е показан на изображението по-долу.
Пълен списък на новите адрони, открити в LHC,разделени по години на откриване (хоризонтална ос) и маса на частиците (вертикална ос). Цветовете и формите показват съдържанието на кварка в тези състояния. Кредит: LHCb / CERN.
Някои от тези частици са пентакварки, други са тетракварки, а някои са нови (възбудени) състояния на бариони и мезони с по-висока енергия.
- Пентакварките са група от съставни субатомни частици, съставени от пет кварка.Тяхното съществуване беше доказано с помощта на Големия адронен колайдер през юли 2015 година.Те са бариони, адрони, фермиони и резонанси. Те пораждат поле на изследване в адронната спектроскопия – физиката на пентакварките.
- Тетракваркът е елементарна частица, адрон, състояща се от два кварка и два антикварка.Спинът на тетракварка може да бъде само цяло число, така че структурата на тетракварка може да бъдеимат само мезони.
- Барионите са семейство елементарни частици: силно взаимодействащи фермиони, състоящи се от три кварка.През 2015 г. беше доказано и съществуването на подобни частици от 5 кварка, наречени пентакварки.Основните бариони включват (с увеличаване на масата): протон, неутрон, ламбда-барион, сигма-хиперон, xi-хиперон, омега-хиперон.Масата на омега хиперона (3 278 електронни маси) е почти 1,8 пъти по-голяма от масата на протона.
- Мезон е адрон с нулева стойностбарионно число. В Стандартния модел мезоните са съставни елементарни частици, съставени от еднакъв брой кварки и антикварки. Мезоните включват пиони (π-мезони), каони (K-мезони) и други, по-тежки мезони.
Първоначално се предполагаше, че мезоните са частици, които носят силната сила и са отговорни за задържането на протони и неутрони в атомните ядра.
Поради наличието на свързваща енергия, масата на мезона е многократно по-голяма от сумата на масите на съставните му кварки.Барионите, заедно с мезоните (последният се състои от четен брой кварки), съставляватгрупа елементарни частици, участващи в силното взаимодействие и наречени адрони.
Откриването на тези нови частици, заедно с измерванията на техните свойства, все още даваНа свой ред това ви позволява да проверите границите на кварковия модел.изследователите да задълбочат разбирането си за силното взаимодействие, да тестват теоретични прогнози и да прецизират моделите.Струва си да се отбележи, че това е особено важно за изследванията, провеждани в LHC.Факт е, че силното взаимодействие е отговорно за повечето от това, което се случваКолкото по-добре учените разбират силната сила, толкова по-точна ще бъде тяВ резултат на това шансовете да се видят малки отклонения отОчакванията, които могат да намекнат за възможни нови физически явления, ще се повишат.
Първият адрон, открит в LHC (LHC), χb (3P), е открит от ATLAS, а най-новият включва нов възбуден красив странен барион, наблюдаван от CMS и четири тетракварка, открити от LHCb.
Прочетете още
Физиците са създали аналог на черна дупка и са потвърдили теорията на Хокинг. Къде води?
Аборт и наука: какво ще се случи с децата, които ще раждат
Изгражда се ядрен ракетен двигател за полети до Марс. Как е опасно?
Стандартният модел е теоретична конструкция вфизика на елементарните частици, която описва електромагнитното, слабо и силно взаимодействие на всички елементарни частици. Съвременната формулировка е завършена в средата на 70-те години след експерименталното потвърждение за съществуването на кварки.
Фермионът е частица или квазичастица с полуцяла спинова стойност, присъщият ъглов импулс на елементарните частици.