Kuinka monta uutta hiukkasia on löydetty suuresta hadronitörmäyksestä?
Tunnetuin löytö on tietysti
Mitä ovat hadronit?
Joten mitkä ovat nämä 59 uutta hadronia?Aloitetaan alusta: hadronit eivät ole perushiukkasia - fyysikot ovat tienneet tämän vuodesta 1964, jolloin Murray Gell-Mann ja George Zweig ehdottivat itsenäisesti nykyään kvarkimalliksi kutsuttua mallia. Hän esitteli hadroneja yhdistehiukkasina, jotka koostuvat uudentyyppisistä alkeishiukkasista - kvarkeista.
Kvarkit syntyvät vapaina, mutta ne löytyvät vain sidottuina ...
Frank Wilczek,
Fysiikan Nobel-palkittu asymptoottisen vapauden löytämisestä vahvojen vuorovaikutusten teoriassa, 2004
Itse termi "hadron" tulee kreikan kielestä“Hadros” on vahva ja heijastaa hadronien ominaisuutta osallistua vahvaan vuorovaikutukseen. Nämä ovat lyhyen kantaman perustavia vuorovaikutuksia, jotka sitovat kvarkkeja nukleonien ja muiden hadronien sisällä. Tämän vuorovaikutuksen vahvuus on paljon parempi kuin kolmen muun perusvaikutuksen - sähkömagneettisen, heikon ja gravitaation - voimakkuuden.
Lyhyt katsaus alku- ja yhdistehiukkasten eri perheisiin ja niiden vuorovaikutusta kuvaaviin teorioihin. Vasemmalla puolella olevat alkupartikkelit ovat fermioneja, oikealla ovat bosonit.
Hadronit ovat toisiinsa liittyviä kvarkki- ja antikarkkijärjestelmiä. Hadroneja on kahta tyyppiä - baryonit ja mesonit.
- Baryonit (baryonivaraus B = 1) ovat hiukkasia, jotka koostuvat kolmesta kvarkista (qqq) ja ovat fermioneja (J = 1/2, 3/2, ...).Baryoneja ovat esimerkiksi protoni ja neutroni.
- Antibaryonit (B = -1) koostuvat kolmesta antikarkkista (). Antiproton ja antineutroni kuuluvat antibaryonien ryhmään.
- Mesonit (B = 0), jotka koostuvat kvarkista ja antikarkista (q), ovat väliasennossa. Mesoneilla on kokonaisluku ja ne ovat bosoneja (J = 0, 1, 2, ...)
Kvarkit puolestaan ovat perushiukkasia Standardimallissa.Niiden sähkövaraus on e/3:n kerrannainen, eikä sitä voida havaita vapaassa tilassa.
Professori Murray Gell-Mann ATLAS-luolassa vuonna 2012. Gell-Mann ehdotti kvarkimallia ja nimeä "kvarkki" vuonna 1964 ja sai fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 1969. (Kuva: CERN)
Kuinka uudet hadronit ilmestyvät?
Mutta aivan kuten tutkijat löytävät edelleen uusia isotooppeja 150 vuoden jälkeenKun Mendelejev loi jaksollisen taulukon, kvarkkien muodostamien mahdollisten komposiittitilojen tutkimus on edelleen aktiivinen hiukkasfysiikan alue.
Syynä tähän on kvanttikromodynamiikka.tai QCD, teoria, joka kuvaa vahvaa vuorovaikutusta, joka pitää kvarkit yhdessä hadronien sisällä. Tällä vuorovaikutuksella on useita mielenkiintoisia piirteitä, mukaan lukien se, että vuorovaikutuksen vahvuus ei vähene etäisyyden myötä. Tämä johtaa omaisuuteen, joka kieltää ilmaisten kvarkkien olemassaolon hadronien ulkopuolella - värirajoitus. Tällaiset piirteet tekevät tämän teorian erittäin vaikeaksi matemaattiselta kannalta.
Itse asiassa tähän mennessä itse värirajoitusta ei ole todistettu analyyttisesti.Ja tutkijoilla ei vieläkään ole tapaa ennustaa tarkasti, mitkä kvarkkiyhdistelmät voisivatmuodostaa hadroneja.
Mitä tiedämme hadroneista?
1960-luvulla hadronilajikkeita tunnettiin jo yli 100.Ne löydettiin kiihdytinkokeista ja kosmisten säteiden kokeista.Kvarkkimallin avulla fyysikot pystyivät kuvaamaan koko "eläintarhan" vain kolmen eri kvarkin erilaisina komposiittitiloina: ylös, alas ja outoon.Kaikki tunnetut hadronit voidaan kuvata joko koostuvan kolmesta kvarkista (muodostavat baryoneja) tai kvarkki-antikvarkkipareiksi (muodostavat mesoneja).Mutta teoria ennusti myös muita mahdollisia kvarkkimalleja.
Jo Gell-Mannin alkuperäisessä artikkelissa kvarkeistaVuonna 1964 ajatusta yli kolmen kvarkin sisältävistä hiukkasista pidettiin mahdollisena. Nykyään tiedemiehet tietävät, että tällaisia hiukkasia on olemassa. Silti kesti useita vuosikymmeniä ensimmäisten neljän ja viiden kvarkin hadronien tai tetra- ja pentakvarkkien kokeellisen vahvistamisen.
Täydellinen luettelo 59 LHC: stä löydetystä uudesta hadronista näkyy alla olevassa kuvassa.
Täydellinen luettelo LHC: stä löydetyistä uusista hadroneista,eritelty havaintovuoden (vaaka-akseli) ja hiukkasten massan (pystyakseli) mukaan. Värit ja muodot osoittavat näiden tilojen kvarkkipitoisuuden. Luotto: LHCb / CERN.
Jotkut näistä hiukkasista ovat pentaquarkeja, jotkut tetraquarkeja, ja jotkut ovat korkeamman energian baryonien ja mesonien uusia (viritettyjä) tiloja.
- Pentakarkit ovat ryhmä komposiittisia subatomisia hiukkasia, jotka koostuvat viidestä kvarkista.Niiden olemassaolo todistettiin käyttämällä Large Hadron Collideria heinäkuussa 2015.Ne ovat baryoneja, hadroneja, fermioneja ja resonansseja.Ne synnyttävät hadronispektroskopian tutkimusalan - pentakavarkkien fysiikan.
- Tetrakvarkki on alkeishiukkanen, hadroni, joka koostuu kahdesta kvarkista ja kahdesta antikvarkista.Tetrakvarkin spin voi olla vain kokonaisluku, joten tetrakvarkkirakenne voion vain mesoneja.
- Baryonit ovat alkeishiukkasten perhe: voimakkaasti vuorovaikutuksessa olevat fermionit , jotka koostuvat kolmesta kvarkista.Vuonna 2015 todistettiin myös samankaltaisten 5 kvarkin hiukkasten, joita kutsutaan pentakvarkeiksi, olemassaolo.Tärkeimmät baryonit ovat (massan kasvaessa): protoni, neutroni, lambda-baryoni, sigma-hyperoni, xi-hyperon, omega-hyperon.Omega-hyperonin massa (3 278 elektronimassaa) on lähes 1, 8 kertaa protonin massa.
- Meson on hadroni, jonka arvo on nollabaryonin numero. Vakiomallissa mesonit ovat yhdistettyjä alkeishiukkasia, jotka koostuvat yhtä monesta kvarkista ja antikvarkista. Mesoneihin kuuluvat pionit (π-mesonit), kaonit (K-mesonit) ja muut, painavammat mesonit.
Aluksi mesonien ennustettiin olevan hiukkasia, jotka kantavat voimakasta voimaa ja ovat vastuussa protonien ja neutronien säilymisestä atomiytimissä.
Sitoutumisenergian läsnäolon vuoksi mesonin massa on monta kertaa suurempi kuin sen sisältämien kvarkkien massojen summa.Baryonit yhdessä mesonien kanssa (jälkimmäinen koostuu parillisesta määrästä kvarkkeja) muodostavatryhmä alkuainehiukkasia, jotka osallistuvat vahvaan vuorovaikutukseen ja joita kutsutaan hadroneiksi.
Näiden uusien hiukkasten löytäminen yhdessä niiden ominaisuuksien mittausten kanssa tuottaa edelleenTämän avulla voit puolestaan tarkistaa kvarkkimallin rajat.tutkijat syventävät ymmärrystään vahvasta vuorovaikutuksesta, testaavat teoreettisia ennusteita ja hienosäätävät malleja.On syytä huomata, että tämä on erityisen tärkeää LHC: ssä tehtävän tutkimuksen kannalta.Tosiasia on, että vahva vuorovaikutus on vastuussa suurimmasta osasta siitä, mitä tapahtuuMitä paremmin tutkijat ymmärtävät vahvan voiman, sitä tarkempi se onTämän seurauksena mahdollisuudet nähdä pieniä poikkeamiaOdotukset, jotka voivat viitata mahdollisiin uusiin fysikaalisiin ilmiöihin, nousevat.
Ensimmäisen LHC: n (LHC) löydetyn hadronin, χb (3P), löysi ATLAS, ja viimeisimpään kuuluu uusi innoissaan kaunis outo bariaoni, jonka CMS on havainnut, ja neljä LHCb: n löytämää tetrakarkkia.
Lue lisää
Fyysikot ovat luoneet analogin mustasta aukosta ja vahvistaneet Hawkingin teorian. Minne se johtaa?
Abortti ja tiede: mitä tapahtuu synnyttäville lapsille
Ydinrakettimoottoria rakennetaan Mars-lennoille. Kuinka se on vaarallista?
Standardimalli on teoreettinen rakenne vuonna 2006alkeishiukkasten fysiikka, joka kuvaa kaikkien alkeishiukkasten sähkömagneettista, heikkoa ja vahvaa vuorovaikutusta. Moderni formulaatio valmistui 70-luvun puolivälissä kvarkkien olemassaolon kokeellisen vahvistamisen jälkeen.
Fermion on hiukkanen tai kvasihiukkanen, jonka spinin puolikokonaisluku on alkeishiukkasten luontainen kulmamomentti.