Koliko je novih čestica otkriveno na Velikom hadronskom sudaraču?
Najpoznatije otkriće, naravno,
Što su hadroni?
Pa koji su to 59 novih hadrona?Krenimo od početka: hadroni nisu elementarne čestice - fizičari to znaju od 1964. godine, kada su Murray Gell-Mann i George Zweig neovisno predložili ono što je danas poznato kao model kvarka. Adrone je predstavila kao složene čestice, koje se sastoje od novih vrsta elementarnih čestica - kvarkova.
Kvarkovi se rađaju slobodni, ali nalaze se samo vezani ...
Frank Wilczek
Dobitnik Nobelove nagrade za fiziku za otkriće asimptotske slobode u teoriji jakih interakcija, 2004.
Sam pojam "hadron" potječe od grčkog"Hadros" je jak i odražava svojstvo hadrona da sudjeluju u jakim interakcijama. To su temeljne interakcije kratkog dometa koje vežu kvarkove unutar nukleona i drugih hadrona. Snaga ove interakcije daleko je bolja od snage ostale tri temeljne interakcije - elektromagnetske, slabe i gravitacijske.
Kratki pregled različitih porodica osnovnih i složenih čestica i teorija koje opisuju njihove interakcije. Elementarne čestice s lijeve strane su fermioni, s desne strane su bozoni.
Hadroni su srodni sustavi kvarkova i antikvarkova. Postoje dvije vrste hadrona - barioni i mezoni.
- Barioni (barionski naboj B = +1) — čestice koje se sastoje od tri kvarka (qqq) i koje su fermioni (J = 1/2, 3/2, ...). U barione spadaju, na primjer, proton i neutron.
- Antibarioni (B = -1) sastoje se od tri antikvarka (). Antiproton i antineutron pripadaju skupini antibariona.
- Mezoni (B = 0), koji se sastoje od kvarka i antikvarka (q), zauzimaju srednji položaj. Mezoni imaju cjelobrojni spin i jesu bozoni (J = 0, 1, 2, ...)
S druge strane, kvarkovi su temeljne čestice u Standardnom modelu. Imaju električni naboj koji je višekratnik e/3 i nije vidljiv u slobodnom stanju.
Profesor Murray Gell-Mann u špilji ATLAS 2012. godine. Gell-Mann je 1964. predložio model kvarka i naziv "kvark", a 1969. dobio je Nobelovu nagradu za fiziku. (Slika: CERN)
Kako se pojavljuju novi hadroni?
Ali baš kao istraživači i daljeotkriti nove izotope 150 godina nakon što je Mendeljejev stvorio periodni sustav, istraživanje mogućih spojenih stanja koje tvore kvarkovi još uvijek je aktivno područje fizike čestica.
Razlog tome leži u kvantnoj kromodinamici.ili QCD, teorija koja opisuje snažnu interakciju koja drži kvarkove unutar hadrona. Ova interakcija ima nekoliko zanimljivih značajki, uključujući činjenicu da se snaga interakcije ne smanjuje s daljinom. To dovodi do svojstva koje zabranjuje postojanje slobodnih kvarkova izvan hadrona - ograničenje boje. Takve značajke čine ovu teoriju vrlo teškom s matematičkog gledišta.
Zapravo, do sada samo ograničenje boja nije analitički dokazano. A znanstvenici još uvijek nemaju načina točno predvidjeti koje bi kombinacije kvarkova mogle tvoriti hadrone.
Što znamo o hadronima?
Šezdesetih godina prošlog stoljeća bilo ih je već više od 100vrste hadrona. Otkriveni su u pokusima na akceleratorima iu pokusima s kozmičkim zrakama. Kvarkov model omogućio je fizičarima da opišu cijeli "zoološki vrt" kao različita kompozitna stanja samo tri različita kvarka: gore, dolje i čudno. Svi poznati hadroni mogu se opisati ili kao oni koji se sastoje od tri kvarka (tvore barione) ili kao parove kvark-antikvark (tvore mezone). Ali teorija je također predvidjela druge moguće rasporede kvarkova.
Već u originalnom članku o kvarkovima u Gell-Mannu1964. godine smatrala se mogućom ideja o česticama koje sadrže više od tri kvarka. Današnji znanstvenici znaju da takve čestice postoje. Pa ipak, trebalo je nekoliko desetljeća da eksperimentalno potvrde prve hadrone od četiri i pet kvarkova ili tetrakvarke i pentakvarke.
Cjelovit popis 59 novih hadrona otkrivenih na LHC prikazan je na donjoj slici.
Cjelovit popis novih hadrona otkrivenih na LHC,raščlanjeno po godini otkrića (vodoravna os) i masi čestica (okomita os). Boje i oblici ukazuju na sadržaj kvarkova u tim državama. Zasluge: LHCb / CERN.
Neke od tih čestica su petokvarkovi, neke tetrakvarkovi, a neka su nova (pobuđena) stanja bariona i mezona više energije.
- Pentakvarci su skupina subatomskih spojevačestice koje se sastoje od pet kvarkova. Njihovo postojanje dokazano je pomoću Velikog hadronskog sudarača u srpnju 2015. godine. Oni su barioni, hadroni, fermioni, rezonancije. Iz njih je nastao smjer istraživanja hadronske spektroskopije - fizika pentakvarkova.
- Tetrakvark je elementarna čestica, hadron, koja se sastoji od dva kvarka i dva antikvarka. Spin tetrakvarka može biti samo cijeli broj, tako da samo mezoni mogu imati strukturu tetrakvarka.
- Barioni su obitelj elementarnih čestica:fermioni u jakoj interakciji koji se sastoje od tri kvarka. 2015. godine također je dokazano postojanje sličnih čestica od 5 kvarkova, nazvanih pentakvarkovi. Glavni barioni uključuju (kako se masa povećava): proton, neutron, lambda barion, sigma hiperon, xi hiperon, omega hiperon. Masa omega hiperona (3278 masa elektrona) je gotovo 1,8 puta veća od mase protona.
- Meson je hadron s nultom vrijednošćubarionski broj. U Standardnom modelu, mezoni su složene elementarne čestice sastavljene od jednakog broja kvarkova i antikvarkova. Mezoni uključuju pione (π-mezone), kaone (K-mezone) i druge, teže mezone.
Mezoni su izvorno predviđeni kao čestice koje nose jaku silu i odgovorne su za zadržavanje protona i neutrona u atomskim jezgrama.
Svi mezoni su nestabilni.Zbog prisutnosti energije vezanja, masa mezona je višestruko veća od zbroja masa njegovih sastavnih kvarkova. Barioni, zajedno s mezonima (koji se sastoje od parnog broja kvarkova), čine skupinu elementarnih čestica koje sudjeluju u snažnoj interakciji i nazivaju se hadroni.
Otkriće ovih novih čestica zajedno s mjerenjimanjihova svojstva još uvijek pružaju važne informacije za ispitivanje granica modela kvarkova. Zauzvrat, ovo omogućuje istraživačima da prodube svoje razumijevanje jake sile, testiraju teorijska predviđanja i fino ugađaju modele. Vrijedno je napomenuti da je ovo posebno važno za istraživanja koja se provode na LHC-u. Činjenica je da je snažna interakcija odgovorna za većinu onoga što se događa kada se hadroni sudare. Što znanstvenici bolje razumiju snažnu silu, točnije će biti simulacije ovih sudara. Kao rezultat toga, povećat će se šanse da vidimo mala odstupanja od očekivanja koja bi mogla nagovijestiti moguće nove fizikalne pojave.
Prvi hadron otkriven na LHC (LHC), χb (3P), otkrio je ATLAS, a najnoviji uključuje novi uzbuđeni prekrasni čudni barion kojeg je promatrao CMS i četiri tetrakvarka koja je otkrio LHCb.
Čitaj više
Fizičari su stvorili analog crne rupe i potvrdili Hawkingovu teoriju. Kamo vodi?
Pobačaj i znanost: što će se dogoditi s djecom koja će roditi
Za letove do Marsa gradi se nuklearni raketni motor. Kako je opasno?
Standardni model je teoretska konstrukcija ufizika elementarnih čestica, koja opisuje elektromagnetske, slabe i jake interakcije svih elementarnih čestica. Moderna formulacija dovršena je sredinom 1970-ih nakon eksperimentalne potvrde postojanja kvarkova.
Fermion je čestica ili kvazičestica s polucijelom spinskom vrijednošću, intrinzičnim kutnim momentom elementarnih čestica.