Hány új részecskét fedeztek fel a nagy hadronütközőnél?
A leghíresebb felfedezés természetesen
Mik azok a hadronok?
Tehát mi ez az 59 új hadron?Kezdjük az elején: a hadronok nem elemi részecskék - a fizikusok ezt 1964 óta ismerik, amikor Murray Gell-Mann és George Zweig egymástól függetlenül javasolta a ma kvarkmodellnek nevezett modellt. A hadronokat összetett részecskékként mutatta be, amelyek új típusú elemi részecskékből - kvarkokból állnak.
A kvarkok szabadon születnek, de csak megkötöttek ...
Frank Wilczek
Fizikai Nobel-díjas az aszimptotikus szabadság felfedezéséért az erős kölcsönhatások elméletében, 2004
Maga a "hadron" kifejezés a görögből származikA „Hadros” erős, és tükrözi a hadronok azon tulajdonságát, hogy részt vegyenek az erős kölcsönhatásokban. Ezek rövid hatótávolságú alapvető kölcsönhatások, amelyek megkötik a kvarkokat a nukleonokban és más hadronokban. Ennek az interakciónak az ereje messze felülmúlja a másik három alapvető kölcsönhatás erejét - elektromágneses, gyenge és gravitációs.
Rövid áttekintés az elemi és az összetett részecskék különféle családjairól, valamint kölcsönhatásukat leíró elméletek. A bal oldali elemi részecskék fermionok, a jobb oldalon bozonok.
A hadronok a kvarkok és az antikarkok rokon rendszerei. Kétféle hadron létezik - barionok és mezonok.
- Barionok (B barion töltés = +1) — három kvarkból (qqq) álló részecskék, amelyek fermionok (J = 1/2, 3/2, ...). A barionok közé tartozik például a proton és a neutron.
- Az antibarionok (B = -1) három antikarkból állnak (). Az antiproton és az antineutron az anti-arionok csoportjába tartozik.
- A kvarkból és egy antikarkból (q) álló mezonok (B = 0) köztes helyet foglalnak el. A mezonok egész spin-értékűek és bozonok (J = 0, 1, 2, ...)
A kvarkok viszont alapvető részecskék a Standard Modellben. Elektromos töltésük e/3 többszöröse, és szabad állapotban nem figyelhető meg.
Murray Gell-Mann professzor az ATLAS-barlangban 2012-ben. Gell-Mann 1964-ben javasolta a kvark modellt és a "kvark" elnevezést, és 1969-ben elnyerte a fizikai Nobel-díjat. (Kép: CERN)
Hogyan jelennek meg az új hadronok?
De ahogy a kutatók isÚj izotópok felfedezése 150 évvel azután, hogy Mengyelejev megalkotta a periódusos rendszert, a kvarkok lehetséges vegyületállapotainak kutatása még mindig a részecskefizika aktív területe.
Ennek oka a kvantum kromodinamikában rejlik.vagy QCD, egy elmélet, amely leírja az erős erőt, amely a kvarkokat együtt tartja a hadronokban. Ennek az interakciónak számos érdekes vonása van, többek között az a tény, hogy az interakció ereje nem csökken a távolságtól. Ez olyan tulajdonsághoz vezet, amely tiltja a kvarkokon kívüli szabad kvarkok létezését - színkorlátozás. Az ilyen jellemzők ezt az elméletet matematikai szempontból nagyon megnehezítik.
Valójában magát a színkorlátozást eddig nem sikerült analitikailag igazolni. A tudósoknak még mindig nincs módjuk pontosan megjósolni, hogy a kvarkok milyen kombinációi alkothatnak hadronokat.
Mit tudunk a hadronokról?
Az 1960-as években már több mint 100 ismert volttípusú hadronok. Gyorsítókkal végzett kísérletekben és kozmikus sugarakkal végzett kísérletekben fedezték fel. A kvarkmodell lehetővé tette a fizikusok számára, hogy az egész „állatkertet” három különböző kvark különböző összetett állapotaiként írják le: felfelé, lefelé és furcsa. Az összes ismert hadron leírható úgy, hogy vagy három kvarkból áll (barionokat alkotnak), vagy kvark-antikvark pároknak (mezonokat alkotnak). De az elmélet más lehetséges elrendezéseket is megjósolt a kvarkok számára.
Már Gell-Mann eredeti cikkében a kvarkokról1964-ben a háromnál több kvarkot tartalmazó részecskék ötletét lehetségesnek tartották. A tudósok ma tudják, hogy léteznek ilyen részecskék. És mégis, több évtized kellett ahhoz, hogy kísérletileg megerősítsük az első négy- és ötkvarkos hadronokat vagy tetra- és pentaquarkokat.
Az LHC-n felfedezett 59 új hadron teljes listája az alábbi képen látható.
Az LHC-n felfedezett új hadronok teljes listája,a felfedezés éve (vízszintes tengely) és a részecskék tömege (függőleges tengely) szerint lebontva. A színek és formák jelzik ezen állapotok kvarktartalmát. Hitel: LHCb / CERN.
Néhány ilyen részecske pentaquark, néhány tetraquark, és néhány új (gerjesztett) magasabb energiájú barion és meson állapot.
- A pentakvarkok egy összetett szubatomi csoportöt kvarkból álló részecskék. Létezésüket a Large Hadron Collider segítségével igazolták 2015 júliusában. Barionok, hadronok, fermionok, rezonanciák. Ezek adnak okot a hadron-spektroszkópia kutatásának irányához - a pentakvarkok fizikájához.
- A tetrakvark egy elemi részecske, egy hadron, amely két kvarkból és két antikvarkból áll. A tetrakvark spinje csak egész szám lehet, tehát csak a mezonoknak lehet tetrakvark szerkezete.
- A barionok elemi részecskék családja:három kvarkból álló, erősen kölcsönható fermionok. 2015-ben 5 kvark hasonló részecskéi, az úgynevezett pentakvarkok létezését is bebizonyították. A fő barionok a következők (a tömeg növekedésével): proton, neutron, lambda-barion, szigma-hiperon, xy-hiperon, omega-hiperon. Az omega-hiperon tömege (3278 elektrontömeg) csaknem 1,8-szorosa a proton tömegének.
- Meson egy hadron, nulla értékkelbarionszám. A standard modellben a mezonok összetett elemi részecskék, amelyek azonos számú kvarkból és antikarkból állnak. A mezonok közé tartoznak a pionok (π-mezonok), a kaonok (K-mezonok) és más, nehezebb mezonok.
A mezonokat eredetileg olyan részecskéknek jósolták, amelyek erős erőt hordoznak, és felelősek a protonok és neutronok atommagokba való bezárásáért.
Minden mezon instabil.A kötési energia jelenléte miatt a mezon tömege sokszorosa az alkotó kvarkok tömegeinek összegének. A barionok a mezonokkal együtt (ez utóbbi páros számú kvarkból áll) az erős kölcsönhatásban részt vevő elemi részecskék csoportját alkotják, amelyeket hadronoknak neveznek.
Ezeknek az új részecskéknek a felfedezése mérésekkel együtttulajdonságaik még mindig fontos információkkal szolgálnak a kvark modell határainak teszteléséhez. Ez viszont lehetővé teszi a kutatók számára, hogy elmélyítsék az erős erő megértését, teszteljék az elméleti előrejelzéseket és finomhangolják a modelleket. Érdemes megjegyezni, hogy ez különösen fontos az LHC-n végzett kutatások esetében. Az a tény, hogy a hadronok ütközésekor bekövetkező események nagy részéért az erős kölcsönhatás a felelős. Minél jobban megértik a tudósok az erős erőt, annál pontosabb lesz ezeknek az ütközéseknek a szimulációja. Emiatt megnő az esélye annak, hogy az elvárásoktól kis eltéréseket látnak, amelyek esetleges új fizikai jelenségekre utalhatnak.
Az LHC-nél (LHC) felfedezett első hadront, (b (3P), az ATLAS fedezte fel, a legutóbbi pedig egy új, izgatott, gyönyörű furcsa bariont fedezett fel, amelyet a CMS észlelt, és négy tetraquarkot, amelyet az LHCb fedezett fel.
Olvass tovább
A fizikusok létrehozták a fekete lyuk analógját, és megerősítették Hawking elméletét. Hova vezet?
Abortusz és tudomány: mi lesz a gyerekekkel, akik szülni fognak
A Marsra induló repülésekhez nukleáris rakétamotort építenek. Hogyan veszélyes?
A standard modell egy elméleti konstrukcióaz elemi részecskék fizikája, amely leírja az összes elemi részecske elektromágneses, gyenge és erős kölcsönhatásait. A modern készítmény a 70-es évek közepén készült el, miután a kvarkok létezését kísérleti módon megerősítették.
A fermion egy részecske vagy kvázirészecske, amelynek spinértéke fél egész szám, az elemi részecskék belső szögimpulzusa.