Kiek naujų dalelių atrasta „Big Hadron Collider“?
Garsiausias atradimas, žinoma, yra
Kas yra hadronai?
Taigi, kokie yra šie 59 nauji hadronai?Pradėkime nuo pradžių: hadronai nėra elementarios dalelės - fizikai tai žinojo nuo 1964 m., Kai Murray Gellas-Mannas ir George'as Zweigas savarankiškai pasiūlė tai, kas šiandien žinoma kaip kvarko modelis. Ji pateikė hadronus kaip sudėtines daleles, susidedančias iš naujų tipų dalelių tipų - kvarkų.
Kvarkai gimsta laisvi, tačiau randami tik surišti ...
Frankas Wilczekas,
Nobelio premijos laureatas fizikoje už asimptotinės laisvės atradimą stiprios sąveikos teorijoje, 2004 m.
Pats terminas „hadronas“ kilęs iš graikų kalbos„Hadros“ yra stiprus ir atspindi hadronų savybę dalyvauti stiprioje sąveikoje. Tai yra mažo nuotolio fundamentali sąveika, surišanti kvarkus nukleonų ir kitų hadronų viduje. Šios sąveikos stiprumas yra daug pranašesnis už kitų trijų pagrindinių sąveikų - elektromagnetinės, silpnos ir gravitacinės - stiprumą.
Trumpa įvairių elementinių ir sudėtinių dalelių šeimų apžvalga ir jų sąveiką apibūdinančios teorijos. Kairėje esančios elementariosios dalelės yra fermionai, dešinėje - bozonai.
Hadronai yra susijusios kvarkų ir antikvarų sistemos. Yra du hadronų tipai - barionai ir mezonai.
- Baryonai (bariono krūvis B = 1) yra dalelės, susidedančios iš trijų kvarkų (qqq) ir yra fermionai (J = 1/2, 3/2, ...).Baryonai apima, pavyzdžiui, protoną ir neutroną.
- Antibarionai (B = -1) susideda iš trijų antikvarkų (). Antiprotonas ir antineutronas priklauso antibarionų grupei.
- Mezonai (B = 0), susidedantys iš kvarko ir antikvarko (q), užima tarpinę padėtį. Mezonai turi sveiką skaičių ir yra bozonai (J = 0, 1, 2, ...)
Kita vertus, kvarkai yra pagrindinės standartinio modelio dalelės.Jie turi elektros krūvį, kuris yra e/3 kartotinis ir nėra pastebimas laisvoje būsenoje.
Profesorius Murray Gell-Mannas ATLAS urve 2012 m. Gellas-Mannas pasiūlė kvarko modelį ir pavadinimą „kvarkas“ 1964 m., O 1969 m. Gavo Nobelio fizikos premiją. (Paveikslėlis: CERN)
Kaip atsiranda nauji hadronai?
Bet lygiai taip pat, kaip mokslininkai vis dar atranda naujus izotopus po 150 metųPo to, kai Mendeljevas sukūrė periodinę lentelę, galimų kompozicinių būsenų, kurias sudaro kvarkai, tyrimas vis dar yra aktyvi dalelių fizikos sritis.
To priežastis slypi kvantinėje chromodinamikoje.arba QCD - teorija, apibūdinanti stiprią sąveiką, kuri kvarkus laiko kartu hadronuose. Ši sąveika turi keletą įdomių bruožų, įskaitant tai, kad sąveikos stiprumas nesumažėja atstumu. Tai veda prie savybės, kuri draudžia laisvų kvarkų egzistavimą už hadronų ribų - spalvų apribojimas. Tokie bruožai šią teoriją labai apsunkina matematiniu požiūriu.
Tiesą sakant, iki šiol pats spalvų apribojimas nebuvo įrodytas analitiškai.O mokslininkai vis dar neturi būdo tiksliai nuspėti, kokie kvarkų deriniai galiformuoti hadronus.
Ką mes žinome apie hadronus?
1960-aisiais jau buvo daugiau nei 100 žinomų hadronų veislių.Jie buvo rasti greitintuvo eksperimentuose ir eksperimentuose su kosminiais spinduliais.Kvarkų modelis leido fizikams apibūdinti visą "zoologijos sodą" kaip skirtingas kompozicines būsenas, susidedančias tik iš trijų skirtingų kvarkų: aukštyn, žemyn ir keistai.Visus žinomus hadronus galima apibūdinti kaip susidedančius iš trijų kvarkų (sudarančių barionus) arba kaip kvarkų-antikvarinių porų (sudarančių mezonus).Tačiau teorija numatė ir kitus galimus kvarkų dizainus.
Jau originaliame Gell-Manno darbe apie kvarkus1964 m. Mintis apie daleles, turinčias daugiau nei tris kvarkus, buvo laikoma įmanoma. Šiandien mokslininkai žino, kad tokių dalelių yra. Ir vis dėlto prireikė kelių dešimtmečių, kad eksperimentiškai patvirtintume pirmuosius keturių ir penkių kvarkų hadronus arba tetra- ir penkiakvarkus.
Išsamus 59 naujų LHC aptiktų hadronų sąrašas parodytas žemiau esančiame paveikslėlyje.
Išsamus naujų LHC aptiktų hadronų sąrašas,suskaidytas pagal atradimo metus (horizontali ašis) ir dalelių masę (vertikali ašis). Spalvos ir formos nurodo šių būsenų kvarko kiekį. Kreditas: LHCb / CERN.
Kai kurios iš šių dalelių yra penkiakvarkai, kitos yra tetraženkliai, o kai kurios yra naujos (sužadintos) aukštesnės energijos barionų ir mezonų būsenos.
- Pentakvarkai yra sudėtinių subatominių dalelių grupė, sudaryta iš penkių kvarkų.Jų egzistavimas buvo įrodytas naudojant "Large Hadron Collider" 2015 m. Liepos mėn.Jie yra baryonai, hadronai, fermionai ir rezonansai.Jie sukelia hadronų spektroskopijos tyrimų sritį - penkiakampių fiziką.
- Tetrakvarkas yra elementarioji dalelė, hadronas, susidedantis iš dviejų kvarkų ir dviejų antikvarkų. Tetrakvarko sukinys gali būti tik sveikasis skaičius, todėl tetrakvarko struktūrą gali turėti tik mezonai.
- Barionai yra elementariųjų dalelių šeima:stipriai sąveikaujantys fermionai, susidedantys iš trijų kvarkų. 2015 metais taip pat buvo įrodyta, kad egzistuoja panašios 5 kvarkų dalelės, vadinamos pentakvarkais. Pagrindiniai barionai yra (didėjant masei): protonas, neutronas, lambda barionas, sigma hiperonas, xy hiperonas, omega hiperonas. Omega hiperono masė (3278 elektronų masės) yra beveik 1,8 karto didesnė už protono masę.
- Mesonas yra hadronas, kurio vertė lygi nuliuibariono numeris. Standartiniame modelyje mezonai yra sudėtinės elementariosios dalelės, sudarytos iš vienodo skaičiaus kvarkų ir antikvarkų. Mezonams priklauso pionai (π-mezonai), kaonai (K-mezonai) ir kiti sunkesni mezonai.
Iš pradžių mezonai buvo numatyti kaip dalelės, turinčios stiprią jėgą ir atsakingos už protonų ir neutronų izoliavimą atomų branduoliuose.
Visi mezonai yra nestabilūs.Dėl surišimo energijos buvimo mezono masė yra daug kartų didesnė už jį sudarančių kvarkų masių sumą. Barionai kartu su mezonais (pastarieji susideda iš lyginio skaičiaus kvarkų) sudaro elementariųjų dalelių, dalyvaujančių stiprioje sąveikoje, grupę, vadinamą hadronais.
Šių naujų dalelių atradimas kartu su matavimaisjų savybės vis dar suteikia svarbios informacijos tikrinant kvarkų modelio ribas. Savo ruožtu tai leidžia tyrėjams gilinti supratimą apie stiprią jėgą, išbandyti teorines prognozes ir patikslinti modelius. Verta paminėti, kad tai ypač svarbu LHC atliekamiems tyrimams. Faktas yra tas, kad stipri sąveika yra atsakinga už didžiąją dalį to, kas nutinka susidūrus hadronams. Kuo geriau mokslininkai supras stiprią jėgą, tuo tikslesnis bus šių susidūrimų modeliavimas. Dėl to padidės tikimybė pamatyti nedidelius nukrypimus nuo lūkesčių, kurie gali sufleruoti galimus naujus fizinius reiškinius.
Pirmąjį LHC (LHC) atrastą hadroną χb (3P) atrado ATLAS, o naujausias - naujas sužadintas gražus keistas barionas, kurį stebėjo CMS, ir keturi LHCb atrasti tetraženkliai.
Skaityti daugiau
Fizikai sukūrė juodosios skylės analogą ir patvirtino Hawkingo teoriją. Kur jis veda?
Abortas ir mokslas: kas nutiks gimdantiems vaikams
Skrydžiams į Marsą statomas branduolinis raketinis variklis. Kuo tai pavojinga?
Standartinis modelis yra teorinė konstrukcijaelementariųjų dalelių fizika, kuri apibūdina visų elementariųjų dalelių elektromagnetinę, silpną ir stiprią sąveiką. Šiuolaikinė formuluotė buvo baigta 70-ųjų viduryje po eksperimentinio kvarkų egzistavimo patvirtinimo.
Fermionas yra dalelė arba kvazidalelė, kurios sukimosi vertė yra pusė sveikojo skaičiaus, elementariųjų dalelių vidinis kampinis impulsas.