Cik daudz jaunu daļiņu ir atklātas pie lielā hadronu paātrinātāja?
Slavenākais atklājums, protams,
Kas ir hadroni?
Kas tad ir šie 59 jaunie hadroni?Sāksim sākumā: hadroni nav elementārdaļiņas - fiziķi to zina kopš 1964. gada, kad Marejs Gels-Manns un Džordžs Zveigs neatkarīgi ierosināja to, kas mūsdienās pazīstams kā kvarka modelis. Viņa pasniedza hadronus kā saliktas daļiņas, kas sastāv no jauna veida elementārdaļiņām - kvarkiem.
Kvarki ir dzimuši brīvi, bet tie ir atrodami tikai sasieti ...
Frenks Vilčeks
Nobela prēmijas laureāts fizikā par asimptotiskas brīvības atklāšanu spēcīgas mijiedarbības teorijā, 2004. gads
Pats termins "hadrons" cēlies no grieķu valodas“Hadros” ir spēcīgs un atspoguļo hadronu īpašību piedalīties spēcīgā mijiedarbībā. Tās ir maza darbības attāluma fundamentālas mijiedarbības, kas saista kvarkus nukleonu un citu hadronu iekšienē. Šīs mijiedarbības spēks ir daudz pārāks par pārējo trīs pamatmijiedarbību stiprumu - elektromagnētisko, vāju un gravitācijas.
Īss dažādu elementāro un salikto daļiņu ģimeņu pārskats un teorijas, kas apraksta to mijiedarbību. Elementārdaļiņas kreisajā pusē ir fermioni, labajā pusē - bozoni.
Hadroni ir saistītas kvarku un antikrarku sistēmas. Ir divu veidu hadroni - barioni un mezoni.
- Barioni (bariona lādiņš B = +1) — daļiņas, kas sastāv no trim kvarkiem (qqq) un ir fermioni (J = 1/2, 3/2, ...). Barioni ietver, piemēram, protonu un neitronu.
- Antibarioni (B = -1) sastāv no trim antivarkiem (). Antiprotons un antineitrons pieder pie antiarilonu grupas.
- Mezoni (B = 0), kas sastāv no kvarka un antivarka (q), ieņem starpposmu. Mezoniem ir vesels skaitlis un tie ir bozoni (J = 0, 1, 2, ...)
Savukārt kvarki ir pamatdaļiņas standarta modelī. Viņiem ir elektriskais lādiņš, kas ir e/3 reizināts un nav novērojams brīvā stāvoklī.
Profesors Marejs Gell-Manns ATLAS alā 2012. gadā. Gels-Manns 1964. gadā ierosināja kvarka modeli un nosaukumu “kvarks” un 1969. gadā ieguva Nobela prēmiju fizikā. (Attēls: CERN)
Kā parādās jauni hadroni?
Bet tāpat kā pētnieki joprojām150 gadus pēc tam, kad Mendeļejevs izveidoja periodisko tabulu, atklāj jaunus izotopus, kvarku veidoto iespējamo savienojumu stāvokļu izpēte joprojām ir aktīva daļiņu fizikas joma.
Iemesls tam ir kvantu hromodinamika.vai QCD - teorija, kas apraksta spēcīgo mijiedarbību, kas satur kvarkus kopā hadronos. Šai mijiedarbībai ir vairākas interesantas iezīmes, tostarp fakts, ka mijiedarbības spēks nemazinās ar attālumu. Tas noved pie īpašuma, kas aizliedz bezmaksas kvarku esamību ārpus hadroniem - krāsu ierobežojums. Šādas pazīmes padara šo teoriju ļoti sarežģītu no matemātiskā viedokļa.
Faktiski līdz šim pats krāsu ierobežojums nav analītiski pierādīts. Un zinātniekiem joprojām nav iespēju precīzi paredzēt, kādas kvarku kombinācijas varētu veidot hadronus.
Ko mēs zinām par hadroniem?
60. gados jau bija zināmi vairāk nekā 100hadronu veidi. Tie tika atklāti eksperimentos ar paātrinātājiem un eksperimentos ar kosmiskajiem stariem. Kvarku modelis ļāva fiziķiem aprakstīt visu “zooloģisko dārzu” kā dažādus tikai trīs dažādu kvarku saliktos stāvokļus: augšup, lejup un dīvaini. Visus zināmos hadronus var raksturot kā tādus, kas sastāv no trim kvarkiem (veido barionus), vai kā kvarku un antikvarku pārus (veido mezonus). Taču teorija paredzēja arī citus iespējamos kvarku izkārtojumus.
Jau Gell-Mann oriģinālajā rakstā par kvarkiem1964. gadā tika uzskatīta par iespējamu ideju par daļiņām, kas satur vairāk nekā trīs kvarkus. Mūsdienās zinātnieki zina, ka šādas daļiņas pastāv. Un tomēr vajadzēja vairākas desmitgades, lai eksperimentāli apstiprinātu pirmos četru un piecu kvarku hadronus vai tetra- un pentaquarks.
Pilns 59 jauno LHC atklāto hadronu saraksts ir parādīts zemāk esošajā attēlā.
Pilns LHC atklāto jauno hadronu saraksts,sadalīts pa atklāšanas gadu (horizontālā ass) un daļiņu masu (vertikālā ass). Krāsas un formas norāda šo stāvokļu kvarka saturu. Kredīts: LHCb / CERN.
Dažas no šīm daļiņām ir pentaquarks, citas ir tetraquarks, un dažas ir jauni (satraukti) augstākas enerģijas barionu un mezonu stāvokļi.
- Pentakvarki ir saliktu subatomu grupadaļiņas, kas sastāv no pieciem kvarkiem. To esamība tika pierādīta, izmantojot lielo hadronu paātrinātāju 2015. gada jūlijā. Tie ir barioni, hadroni, fermioni, rezonanses. Tie rada hadronu spektroskopijas pētījumu virzienu - pentakvarku fiziku.
- Tetrakvarks ir elementārdaļiņa, hadrons, kas sastāv no diviem kvarkiem un diviem antikvarkiem. Tetrakvarka spins var būt tikai vesels skaitlis, tāpēc tikai mezoniem var būt tetrakvarka struktūra.
- Barioni ir elementārdaļiņu saime:spēcīgi mijiedarbīgi fermioni, kas sastāv no trim kvarkiem. 2015. gadā tika pierādīta arī līdzīgu 5 kvarku daļiņu esamība, ko sauc par pentakvarkiem. Galvenie barioni ietver (masai pieaugot): protonu, neitronu, lambda barionu, sigma hiperonu, xy hiperonu, omega hiperonu. Omega hiperona masa (3278 elektronu masas) ir gandrīz 1,8 reizes lielāka par protona masu.
- Mezons ir hadrons ar nulles vērtībubariona numurs. Standarta modelī mezoni ir saliktas elementārdaļiņas, kas sastāv no vienāda skaita kvarku un antikvarku. Mezoni ietver pionus (π-mezonus), kaonus (K-mezonus) un citus, smagākus mezonus.
Sākotnēji mezoni tika prognozēti kā daļiņas, kas nes spēcīgu spēku un ir atbildīgas par protonu un neitronu ierobežošanu atomu kodolos.
Visi mezoni ir nestabili.Saistošās enerģijas klātbūtnes dēļ mezona masa ir daudzkārt lielāka par to veidojošo kvarku masu summu. Barioni kopā ar mezoniem (pēdējais sastāv no pāra skaita kvarku) veido elementārdaļiņu grupu, kas piedalās spēcīgajā mijiedarbībā un ko sauc par hadroniem.
Šo jauno daļiņu atklāšana kopā ar mērījumiemto īpašības joprojām sniedz svarīgu informāciju kvarku modeļa robežu pārbaudei. Tas savukārt ļauj pētniekiem padziļināt izpratni par spēcīgo spēku, pārbaudīt teorētiskās prognozes un precizēt modeļus. Ir vērts atzīmēt, ka tas ir īpaši svarīgi LHC veiktajiem pētījumiem. Fakts ir tāds, ka spēcīgā mijiedarbība ir atbildīga par lielāko daļu no tā, kas notiek hadronu sadursmē. Jo labāk zinātnieki izprot spēcīgo spēku, jo precīzākas būs šo sadursmju simulācijas. Līdz ar to palielināsies iespēja redzēt nelielas novirzes no gaidām, kas var liecināt par iespējamām jaunām fiziskām parādībām.
Pirmo pie LHC (LHC) atklāto hadronu χb (3P) atklāja ATLAS, un visjaunākais ir jauns satraukts skaists dīvains barions, ko novēro CMS, un četri tetraharki, kurus atklāj LHCb.
Lasīt vairāk
Fiziķi ir izveidojuši melnā cauruma analogu un apstiprinājuši Hokinga teoriju. Kur tas ved?
Aborts un zinātne: kas notiks ar bērniem, kas dzemdēs
Lidojumiem uz Marsu tiek būvēts kodolraķešu dzinējs. Kā tas ir bīstami?
Standarta modelis ir teorētiska konstrukcijaelementārdaļiņu fizika, kas raksturo visu elementārdaļiņu elektromagnētisko, vājo un spēcīgo mijiedarbību. Mūsdienu formulējums tika pabeigts 70. gadu vidū pēc eksperimenta apstiprinājuma par kvarku esamību.
Fermions ir daļiņa vai kvazidaļiņa ar spina vērtību pusveselā skaitļa vērtībā, kas ir elementārdaļiņu iekšējais leņķiskais impulss.