Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda kaç yeni parçacık keşfedildi?
En ünlü keşif, elbette,
Hadron nedir?
Peki bu 59 yeni hadron nedir?En baştan başlayalım: hadronlar temel parçacıklar değildir - fizikçiler bunu, Murray Gell-Mann ve George Zweig'in bağımsız olarak bugün kuark modeli olarak bilinen şeyi önerdiği 1964'ten beri biliyorlar. Hadronları, yeni tür temel parçacıklardan - kuarklardan oluşan bileşik parçacıklar olarak sundu.
Kuarklar özgür doğarlar, ancak yalnızca bağlı bulunurlar ...
Frank Wilczek,
Güçlü etkileşimler teorisinde asimptotik özgürlüğün keşfi için Nobel Fizik Ödülü Sahibi, 2004
"Hadron" teriminin kendisi Yunancadan gelmektedir."Hadros" güçlüdür ve hadronların güçlü etkileşimlere katılma özelliğini yansıtır. Bunlar, kuarkları nükleonlar ve diğer hadronlar içinde bağlayan kısa menzilli temel etkileşimlerdir. Bu etkileşimin gücü, diğer üç temel etkileşimin gücünden çok daha üstündür - elektromanyetik, zayıf ve yerçekimi.
Çeşitli temel ve bileşik parçacık ailelerine ve etkileşimlerini tanımlayan teorilere kısa bir genel bakış. Soldaki temel parçacıklar fermiyonlar, sağdaki bozonlar.
Hadronlar, ilgili kuark ve antikuark sistemleridir. İki tür hadron vardır - baryonlar ve mezonlar.
- Baryonlar (baryon yükü B = 1) üç kuarktan (qqq) oluşan parçacıklardır ve fermiyonlardır (J = 1/2, 3/2, ...).Baryonlar, örneğin proton ve nötronu içerir.
- Antibaryonlar (B = -1) üç antikuarktan () oluşur. Antiproton ve antineutron, antibaryonlar grubuna aittir.
- Bir kuark ve bir antikuarktan (q) oluşan mezonlar (B = 0), ara bir konumda bulunur. Mezonların bir tamsayı dönüşü vardır ve bozonlardır (J = 0, 1, 2, ...)
Kuarklar ise Standart Model'deki temel parçacıklardır.e/3'ün katı olan ve serbest halde gözlemlenemeyen bir elektrik yüküne sahiptirler.
Profesör Murray Gell-Mann, 2012'de ATLAS Mağarası'nda. Gell-Mann, kuark modelini ve "kuark" adını 1964'te önerdi ve 1969'da Nobel Fizik Ödülü'nü aldı. (Resim: CERN)
Yeni hadronlar nasıl ortaya çıkıyor?
Ancak araştırmacıların 150 yıl sonra hala yeni izotoplar keşfetmesi gibiMendeleev periyodik tabloyu oluşturduktan sonra, kuarkların oluşturduğu olası bileşik durumların incelenmesi hala parçacık fiziğinin aktif bir alanıdır.
Bunun nedeni kuantum kromodinamiğindedir.veya QCD, kuarkları hadronlar içinde bir arada tutan güçlü etkileşimi tanımlayan bir teori. Bu etkileşimin, etkileşimin gücünün mesafe ile azalmaması gibi birkaç ilginç özelliği vardır. Bu, hadronlar dışında serbest kuarkların varlığını yasaklayan bir özelliğe yol açar - renk sınırlaması. Bu tür özellikler, bu teoriyi matematiksel açıdan çok zorlaştırır.
Aslında, şimdiye kadar, renk sınırlamasının kendisi analitik olarak kanıtlanmamıştır.Ve bilim adamları hala hangi kuark kombinasyonlarının olabileceğini doğru bir şekilde tahmin etmenin bir yoluna sahip değiller.hadron oluşturmak için.
Hadronlar hakkında ne biliyoruz?
1960'larda, bilinen 100'den fazla hadron çeşidi vardı.Hızlandırıcı deneylerinde ve kozmik ışınlarla yapılan deneylerde bulundular.Kuark modeli, fizikçilerin tüm "hayvanat bahçesini" sadece üç farklı kuarkın farklı bileşik durumları olarak tanımlamasına izin verdi: yukarı, aşağı ve garip.Bilinen tüm hadronlar ya üç kuarktan (baryonları oluşturan) ya da kuark-antikuark çiftlerinden (mezonları oluşturan) oluşan hadronlar olarak tanımlanabilir.Ancak teori aynı zamanda diğer olası kuark tasarımlarını da öngördü.
Zaten Gell-Mann'ın kuarklar hakkındaki orijinal makalesinde1964'te, üçten fazla kuark içeren parçacıklar fikrinin mümkün olduğu kabul edildi. Bugün bilim adamları bu tür parçacıkların var olduğunu biliyorlar. Yine de, ilk dört ve beş kuarklı hadronları veya tetrakuarkları ve pentakuarkları deneysel olarak doğrulamak birkaç on yıl aldı.
LHC'de keşfedilen 59 yeni hadronun tam listesi aşağıdaki resimde gösterilmektedir.
LHC'de keşfedilen yeni hadronların tam listesi,keşif yılına (yatay eksen) ve parçacık kütlesine (dikey eksen) göre ayrıştırılmıştır. Renkler ve şekiller, bu durumların kuark içeriğini gösterir. Kredi: LHCb / CERN.
Bu parçacıkların bazıları pentakuarklar, bazıları tetrakuarklar ve bazıları daha yüksek enerji baryonlarının ve mezonlarının yeni (uyarılmış) halleridir.
- Pentakuarklar, beş kuarktan oluşan bir grup bileşik atom altı parçacıktır.Varlıkları, Temmuz 2015'te Büyük Hadron Çarpıştırıcısı kullanılarak kanıtlandı.Bunlar baryonlar, hadronlar, fermiyonlar ve rezonanslardır.Hadron spektroskopisinde bir araştırma alanı ortaya çıkarırlar - pentakuarkların fiziği.
- Bir tetrakuark, iki kuark ve iki antikuarktan oluşan temel bir parçacık, bir hadrondur.Bir tetrakuarkın spini sadece bir tamsayı olabilir, bu nedenle bir tetrakuark yapısısadece mezonları var.
- Baryonlar temel parçacıkların bir ailesidir: üç kuarktan oluşan güçlü etkileşen fermiyonlar.2015 yılında, pentakuark adı verilen 5 kuarkın benzer parçacıklarının varlığı da kanıtlandı.Ana baryonlar şunları içerir (kütle arttıkça): proton, nötron, lambda-baryon, sigma-hiperon, xi-hiperon, omega-hiperon.Omega hiperonun kütlesi (3.278 elektron kütlesi) bir protonun kütlesinin neredeyse 1.8 katıdır.
- Mezon, sıfır değerli bir hadrondurbaryon numarası. Standart Modelde, mezonlar eşit sayıda kuark ve antikuarktan oluşan bileşik temel parçacıklardır. Mezonlar arasında pionlar (-mezonlar), kaonlar (K-mezonlar) ve diğer, daha ağır mezonlar bulunur.
Başlangıçta, mezonların güçlü kuvveti taşıyan ve atom çekirdeğinde proton ve nötronların tutulmasından sorumlu olan parçacıklar olduğu tahmin ediliyordu.
Bağlanma enerjisinin varlığından dolayı, mezonun kütlesi, onu oluşturan kuarkların kütlelerinin toplamından çok daha büyüktür.Baryonlar, mezonlarla birlikte (ikincisi çift sayıda kuarktan oluşur) oluştururgüçlü etkileşimde yer alan ve hadron adı verilen bir grup temel parçacık.
Bu yeni parçacıkların keşfi, özelliklerinin ölçümleriyle birlikte, halaBu da kuark modelinin sınırlarını kontrol etmenizi sağlar.Araştırmacılar, güçlü etkileşim konusundaki anlayışlarını derinleştirmek, teorik tahminleri test etmek ve modellere ince ayar yapmak için.Bunun özellikle LHC'de yapılan araştırmalar için önemli olduğunu belirtmekte fayda var.Gerçek şu ki, olanların çoğundan güçlü etkileşim sorumludurBilim adamları güçlü kuvveti ne kadar iyi anlarlarsa, o kadar doğru olacaktırSonuç olarak, küçük sapmalar görme şansıOlası yeni fiziksel olaylara işaret edebilecek beklentiler artacaktır.
LHC (LHC), χb (3P) 'de keşfedilen ilk hadron, ATLAS tarafından keşfedildi ve en sonuncusu, CMS tarafından gözlemlenen yeni bir heyecanlı güzel garip baryon ve LHCb tarafından keşfedilen dört tetrakuarkı içeriyor.
Daha fazla oku
Fizikçiler bir kara deliğin benzerini yarattılar ve Hawking'in teorisini doğruladılar. Nereye götürür?
Kürtaj ve bilim: doğum yapacak çocuklara ne olacak
Mars'a uçuşlar için bir nükleer roket motoru inşa ediliyor. Nasıl tehlikelidir?
Standart Model, teorik bir yapıdır.tüm temel parçacıkların elektromanyetik, zayıf ve güçlü etkileşimlerini tanımlayan temel parçacıkların fiziği. Modern formülasyon, kuarkların varlığının deneysel olarak doğrulanmasının ardından 70'lerin ortalarında tamamlandı.
Bir fermiyon, temel parçacıkların içsel açısal momentumu olan yarım tam sayı spin değerine sahip bir parçacık veya yarı parçacıktır.