Колико је нових честица откривено на Великом хадронском сударачу?
Најпознатије откриће, наравно,
Шта су хадрони?
Па шта је ових 59 нових хадрона?Кренимо од почетка: хадрони нису елементарне честице - физичари то знају од 1964. године, када су Мареј Гелл-Ман и Џорџ Звајг независно предложили оно што је данас познато као модел кварка. Адроне је представила као сложене честице, које се састоје од нових врста елементарних честица - кваркова.
Кваркови се рађају слободни, али се налазе само везани ...
Франк Вилцзек
Нобеловац за физику за откриће асимптотске слободе у теорији јаких интеракција, 2004.
Сам појам „хадрон“ потиче од грчког„Хадрос“ је јак и одражава својство хадрона да учествују у јаким интеракцијама. То су основне интеракције кратког домета које везују кваркове унутар нуклеона и других хадрона. Снага ове интеракције је далеко боља од снаге остале три основне интеракције - електромагнетне, слабе и гравитационе.
Кратак преглед различитих породица основних и сложених честица и теорија које описују њихове интеракције. Елементарне честице лево су фермиони, десно бозони.
Хадрони су сродни системи кваркова и антикваркова. Постоје две врсте хадрона - бариони и мезони.
- Бариони (барионско пуњење Б = +1) — честице које се састоје од три кварка (ккк) и које су фермиони (Ј = 1/2, 3/2, ...). Бариони укључују, на пример, протон и неутрон.
- Антибаријони (Б = -1) састоје се од три антикварка (). Антипротон и антинеутрон припадају групи антибариона.
- Мезони (Б = 0), који се састоје од кварка и антикварка (к), заузимају средњи положај. Мезони имају целобројни спин и представљају бозоне (Ј = 0, 1, 2, ...)
Заузврат, кваркови су фундаменталне честице у Стандардном моделу. Имају електрични набој који је вишекратник е/3 и није видљив у слободном стању.
Професор Мурраи Гелл-Манн у пећини АТЛАС 2012. године. Гелл-Манн је предложио модел кварка и назив „кварк“ 1964. године и добио Нобелову награду за физику 1969. године. (Слика: ЦЕРН)
Како се појављују нови хадрони?
Али баш као истраживачи и даљеоткрију нове изотопе 150 година након што је Мендељејев креирао периодни систем, истраживање могућих стања једињења које формирају кваркови и даље је активна област физике честица.
Разлог томе лежи у квантној хромодинамици.или КЦД, теорија која описује снажну интеракцију која држи кваркове заједно у хадронима. Ова интеракција има неколико занимљивих карактеристика, укључујући чињеницу да се снага интеракције не смањује са даљином. То доводи до својства које забрањује постојање слободних кваркова изван хадрона - ограничење боје. Такве карактеристике чине ову теорију веома тешком са математичке тачке гледишта.
У ствари, до сада само ограничење боје није аналитички доказано. И научници још увек немају начина да тачно предвиде које комбинације кваркова могу да формирају хадроне.
Шта знамо о хадронима?
Још 1960-их година већ их је било више од 100 познатихврсте хадрона. Откривени су у експериментима на акцелераторима и у експериментима са космичким зрацима. Модел кварка је омогућио физичарима да опишу цео „зоолошки врт“ као различита композитна стања само три различита кварка: горе, доле и чудно. Сви познати хадрони се могу описати или као састављени од три кварка (формирају барионе) или као парови кварк-антикварк (формирају мезоне). Али теорија је такође предвидела и друге могуће аранжмане за кваркове.
Већ у Гелл-Манновом оригиналном чланку о кварковима1964. године сматрала се могућом идеја о честицама које садрже више од три кварка. Научници данас знају да такве честице постоје. Па ипак, требало је неколико деценија да експериментално потврде прве хадроне од четири и пет кваркова или тетракварке и пентакварке.
Комплетна листа од 59 нових хадрона откривених на ЛХЦ приказана је на доњој слици.
Комплетна листа нових хадрона откривених на ЛХЦ,рашчлањено по години открића (хоризонтална ос) и маси честица (вертикална ос). Боје и облици указују на садржај кварка у овим државама. Заслуга: ЛХЦб / ЦЕРН.
Неке од ових честица су пентакваркови, неке тетракваркови, а неке нова (побуђена) стања бариона и мезона више енергије.
- Пентакваркови су група сложених субатомскихчестице које се састоје од пет кваркова. Њихово постојање је доказано коришћењем Великог хадронског сударача у јулу 2015. То су бариони, хадрони, фермиони, резонанције. Они дају повода за правац истраживања у адронској спектроскопији - физику пентакваркова.
- Тетракварк је елементарна честица, адрон, који се састоји од два кварка и два антикварка. Спин тетракварка може бити само цео број, тако да само мезони могу имати структуру тетракварка.
- Бариони су породица елементарних честица:фермиони у јакој интеракцији који се састоје од три кварка. 2015. године је такође доказано постојање сличних честица од 5 кваркова, названих пентакваркови. Главни бариони укључују (како се маса повећава): протон, неутрон, ламбда барион, сигма хиперон, ки хиперон, омега хиперон. Маса омега хиперона (3278 маса електрона) је скоро 1,8 пута већа од масе протона.
- Мезон — адрон, имеющий нулевое значение барионски број. У стандардном моделу, мезони су сложене елементарне честице састављене од једнаког броја кваркова и антикваркова. У мезоне спадају пиони (π-мезони), каони (К-мезони) и други, тежи мезони.
Мезони су првобитно били предвиђени као честице које носе јаку силу и одговорне су за ограничавање протона и неутрона у атомским језгрима.
Сви мезони су нестабилни.Због присуства енергије везивања, маса мезона је много пута већа од збира маса његових саставних кваркова. Бариони, заједно са мезонима (који се састоје од парног броја кваркова), чине групу елементарних честица које учествују у јакој интеракцији и које се називају хадрони.
Откриће ових нових честица заједно са мерењимањихова својства и даље пружају важне информације за тестирање граница модела кварка. Заузврат, ово омогућава истраживачима да продубе своје разумевање јаке силе, тестирају теоријска предвиђања и фино подесе моделе. Вреди напоменути да је ово посебно важно за истраживања која се спроводе на ЛХЦ-у. Чињеница је да је јака интеракција одговорна за већину онога што се дешава када се хадрони сударају. Што боље научници разумеју јаку силу, то ће бити тачније симулације ових судара. Као резултат тога, повећаваће се шансе да се виде мала одступања од очекивања која могу наговестити могуће нове физичке појаве.
Први хадрон откривен у ЛХЦ (ЛХЦ), χб (3П), открио је АТЛАС, а најновији укључују нови узбуђени прелепи чудни барион који је приметио ЦМС и четири тетракварка које је открио ЛХЦб.
Опширније
Физичари су створили аналог црне рупе и потврдили Хокингову теорију. Куда води?
Побачај и наука: шта ће бити са децом која ће се родити
Израђује се нуклеарни ракетни мотор за летове до Марса. Како је опасно?
Стандардни модел је теоријска конструкција уфизика елементарних честица, која описује електромагнетске, слабе и јаке интеракције свих елементарних честица. Савремена формулација завршена је средином 1970-их након експерименталне потврде постојања кваркова.
Фермион је честица или квазичестица са полуцелобројном вредношћу спина, унутрашњег угаоног момента елементарних честица.