大型ハドロン衝突型加速器でいくつの新しい粒子が発見されましたか？
最も有名な発見は、もちろん、
ハドロンとは何ですか？
では、これらの59個の新しいハドロンは何ですか？最初から始めましょう：ハドロンは素粒子ではありません-物理学者は、マレー・ゲルマンとジョージ・ツワイクが今日クォークモデルとして知られているものを独自に提案した1964年以来これを知っています。彼女はハドロンを新しいタイプの素粒子であるクォークからなる複合粒子として提示しました。
クォークは自由に生まれますが、束縛されているだけです...
フランク・ウィルチェック
強い相互作用の理論における漸近的自由の発見に対するノーベル物理学賞受賞者、2004年
「ハドロン」という用語自体はギリシャ語に由来します「ハドロン」は強く、強い相互作用に参加するハドロンの性質を反映しています。これらは、核子や他のハドロン内のクォークを結合する短距離の基本相互作用です。この相互作用の強さは、他の3つの基本的な相互作用（電磁気、弱い、重力）の強さよりもはるかに優れています。
元素粒子と化合物粒子のさまざまなファミリーの概要と、それらの相互作用を説明する理論。左側の素粒子はフェルミ粒子、右側の素粒子はボソンです。
ハドロンはクォークと反クォークの関連システムです。ハドロンには、バリオンと中間子の2種類があります。
- バリオン (バリオン電荷 B = +1) — 3 つのクォーク (qqq) から構成され、フェルミ粒子 (J = 1/2、3/2、...) である粒子。バリオンには、例えば陽子や中性子が含まれます。
- 反クォーク（B = -1）は、3つの反クォーク（）で構成されています。反陽子と反中性子は反バリオンのグループに属しています。
- クォークと反クォーク（q）からなる中間子（B = 0）は、中間子の位置を占めます。中間子は整数スピンを持ち、ボソンです（J = 0、1、2、...）
さらに、クォークは標準模型の基本粒子です。それらは e/3 の倍数の電荷を持っており、自由状態では観測できません。
2012年にATLAS洞窟でマレーゲルマン教授。ゲルマンは1964年にクォークモデルと「クォーク」という名前を提案し、1969年にノーベル物理学賞を受賞しました。 （画像：CERN）
新しいハドロンはどのように現れますか？
しかし、研究者と同じように、新しい同位体の発見 メンデレーエフが周期表を作成してから 150 年が経った今でも、クォークによって形成される可能性のある化合物状態の研究は素粒子物理学の活発な分野です。
この理由は、量子色力学にあります。またはQCD、ハドロン内でクォークをまとめる強い相互作用を説明する理論。この相互作用には、相互作用の強さが距離とともに減少しないという事実を含む、いくつかの興味深い特徴があります。これは、ハドロンの外に自由なクォークが存在することを禁止する特性につながります-色の制限。そのような特徴は、数学的な観点からこの理論を非常に困難にします。
実際、これまで、色の制限自体は分析的に証明されていませんでした。そして科学者たちは、どのようなクォークの組み合わせがハドロンを形成するかを正確に予測する方法をまだ持っていません。
ハドロンについて私たちは何を知っていますか？
1960 年代にはすでに 100 以上が知られていました。ハドロンの種類。それらは加速器での実験や宇宙線の実験で発見されました。クォーク モデルにより、物理学者は「動物園」全体を、アップ、ダウン、ストレンジの 3 つの異なるクォークの異なる複合状態として記述することができました。既知のハドロンはすべて、3 つのクォーク (バリオンを形成) から構成されているか、クォークと反クォークのペア (中間子を形成) のいずれかで構成されていると説明できます。しかし、この理論はクォークの他の配置の可能性も予測しました。
すでにゲルマンのクォークに関する元の論文にある1964年に、3つ以上のクォークを含む粒子のアイデアは可能であると考えられました。今日の科学者は、そのような粒子が存在することを知っています。それでも、最初の4クォークと5クォークのハドロンまたはテトラクォークとペンタクォークを実験的に確認するのに数十年かかりました。
LHCで発見された59個の新しいハドロンの完全なリストを下の画像に示します。
LHCで発見された新しいハドロンの完全なリスト、発見年（横軸）と粒子質量（縦軸）で分解。色と形は、これらの状態のクォークの内容を示しています。クレジット：LHCb / CERN。
これらの粒子のいくつかはペンタクォークであり、いくつかはテトラクォークであり、いくつかはより高エネルギーのバリオンと中間子の新しい（励起された）状態です。
- ペンタクォークは複合亜原子のグループです5つのクォークからなる粒子。その存在は2015年7月に大型ハドロン衝突型加速器を用いて証明されました。それらはバリオン、ハドロン、フェルミオン、共鳴です。これらは、ハドロン分光法における研究の方向性、つまりペンタクォークの物理学を生み出します。
- テトラクォークは、2 つのクォークと 2 つの反クォークからなる素粒子、ハドロンです。テトラクォークのスピンは整数のみであるため、テトラクォーク構造を持つことができるのは中間子だけです。
- バリオンは素粒子のファミリーです。3 つのクォークからなる強く相互作用するフェルミ粒子。 2015年には、ペンタクォークと呼ばれる5つのクォークからなる同様の粒子の存在も証明された。主なバリオンには、（質量が増加するにつれて）陽子、中性子、ラムダバリオン、シグマハイペロン、xyハイペロン、オメガハイペロンが含まれます。オメガ ハイペロンの質量 (電子質量 3278) は、陽子の質量のほぼ 1.8 倍です。
- 中間子はゼロ値のハドロンですバリオン数。標準模型では、中間子は同数のクォークと反クォークで構成される複合素粒子です。中間子には、パイ中間子（π中間子）、K中間子（K中間子）、およびその他のより重い中間子が含まれます。
中間子はもともと、強い力を持ち、陽子と中性子を原子核に閉じ込める役割を担う粒子であると予測されていました。
すべての中間子は不安定です。結合エネルギーの存在により、中間子の質量は、構成要素であるクォークの質量の合計よりも何倍も大きくなります。バリオンは、中間子（偶数のクォークからなる）とともに、強い相互作用に関与する素粒子のグループを構成し、ハドロンと呼ばれます。
これらの新しい粒子の発見と測定それらの特性は依然としてクォーク モデルの境界をテストするための重要な情報を提供します。これにより、研究者は強い力についての理解を深め、理論的な予測をテストし、モデルを微調整することができます。これは、LHC で行われる研究にとって特に重要であることは注目に値します。実際のところ、ハドロンが衝突するときに起こることのほとんどは、強い相互作用によって引き起こされます。科学者が強い力を理解すればするほど、これらの衝突のシミュレーションはより正確になるでしょう。その結果、新たな物理現象の可能性を示唆する可能性のある予想からの小さな逸脱が見つかる可能性が高まります。
LHC（LHC）で最初に発見されたハドロンχb（3P）はATLASによって発見され、最新のものにはCMSによって観測された新しい興奮した美しい奇妙なバリオンとLHCbによって発見された4つのテトラクォークが含まれています。
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標準模型は、素粒子の物理学。これは、すべての素粒子の電磁的、弱い、強い相互作用を表します。クォークの存在が実験的に確認された後、70年代半ばに最新の定式化が完了しました。
フェルミ粒子は、素粒子の固有角運動量である半整数のスピン値を持つ粒子または準粒子です。