Скільки нових частинок відкриті на Великому адронному колайдері?
Найвідомішим відкриттям, звичайно ж,
Що таке адрони?
Так що ж це за нові адрони, яких всього 59?Давайте почнемо з самого початку: адрони не є елементарними частинками - фізики знають це з 1964 року, коли Мюррей Гелл-Манн і Джордж Цвейг незалежно один від одного запропонували те, що сьогодні відомо як модель кварків. Вона представила адрони як складові частинки, що складаються з нових типів елементарних частинок - кварків.
Кварки народжуються вільними, але зустрічаються тільки пов'язаними ...
Френк Вілчек,
лауреат Нобелівської премії з фізики за за відкриття асимптотическое свободи в теорії сильних взаємодій, 2004 р
Сам термін «Адрон» походить від грецького«Хадрос» - сильний і відображає властивість адронів брати участь в сильних взаємодіях. Це короткодействующие фундаментальні взаємодії, що зв'язують кварки всередині нуклонів і інших адронів. Сила цієї взаємодії набагато перевершує силу трьох інших фундаментальних взаємодій - електромагнітного, слабкого та гравітаційного.
Короткий огляд різних сімейств елементарних і складових частинок і теорії, що описують їх взаємодії. Елементарні частинки зліва - ферміони, праворуч - бозони.
Адрони - пов'язані системи кварків і антикварків. Адрони існують двох типів - баріони і мезони.
- Баріони (баріонний заряд В = +1) & # 8212; частинки, що складаються з трьох кварків (qqq) і є ферміонами (J = 1/2, 3/2, …). До баріонів відносяться, наприклад, протон і нейтрон.
- Антібаріонов (В = -1) складаються з трьох антикварків (). Антипротон і антинейтрон входять з групу антібаріонов.
- Мезони (В = 0), що складаються з кварка і антікварка (q), займають проміжне положення. Мезони мають цілочисельне значення спина і є бозонами (J = 0, 1, 2, ...)
У свою чергу, кварки є фундаментальними частинками в Стандартній моделі. Вони мають електричний заряд, кратний e/3, і не спостерігається у вільному стані.
Професор Мюррей Гелл-Манн в печері ATLAS в 2012 році. Гелл-Манн запропонував модель кварка і назва «кварк» в 1964 році і отримав Нобелівську премію з фізики в 1969 році. (Зображення: CERN)
Як з'являються нові адрони?
Але так само, як дослідники все щевідкривають нові ізотопи через 150 років після того, як Менделєєв створив періодичну таблицю, дослідження можливих складових станів, утворених кварками, все ще є активною галуззю фізики елементарних частинок.
Причина цього криється в квантової хромодинамикеабо КХД, теорії, що описує сильну взаємодію, яке утримує кварки разом всередині адронів. У цієї взаємодії є кілька цікавих особливостей, включаючи той факт, що сила взаємодії не зменшується з відстанню. Це призводить до властивості, яке забороняє існування вільних кварків поза адронів - обмеження кольору. Такі особливості роблять цю теорію дуже складною з математичної точки зору.
Фактично, дотепер саме обмеження кольору був доведено аналітично. І вчені досі не мають способу точно передбачити, які комбінації кварків можуть утворювати адрони.
Що ми знаємо про адронів?
Ще у 1960-х роках було вже понад 100 відомихрізновидів адронів. Знайшли в експериментах на прискорювачах і в експериментах з космічними променями. Модель кварків дозволила фізикам описати весь «зоопарк» як різні складові стани всього трьох різних кварків: верхнього, нижнього та дивного. Всі відомі адрони можуть бути описані або як складаються з трьох кварків (утворюють баріони), або як кварк-антикваркові пари (утворюючі мезони). Але теорія також передбачала інші можливі пристрої кварків.
Уже в оригінальній статті Гелл-Манна про кварках1964 році ідея частинок, що містять більше трьох кварків, вважалася можливою. Сьогодні вчені знають, що такі частинки дійсно існують. І, все ж, треба було кілька десятиліть, щоб експериментально підтвердити перші четирехкварковие і пятікварковие адрони або тетракварк і пентакваркі.
Повний список з 59 нових адронів, виявлених на БАК, показаний на зображенні нижче.
Повний список нових адронів, виявлених на LHC,з розбивкою по році відкриття (горизонтальна вісь) і масі частинок (вертикальна вісь). Кольори і форми позначають кваркову зміст цих станів. Надано: LHCb / CERN.
Деякі з цих частинок є пентакварков, деякі - тетракварк, а деякі - новими (збудженими) станами баріонів і мезонів з більш високою енергією.
- Пентакварки - група складових субатомнихчастинок, що складаються із п'яти кварків. Їхнє існування було доведено з використанням Великого адронного колайдера у липні 2015 року. Є баріонами, адронами, ферміонами, резонансами. Породжують напрямок досліджень в адронній спектроскопії — фізику пентакварків.
- Тетракварк - елементарна частка, адрон, що складається з двох кварків та двох антикварків. Спин тетракварка може бути цілим, тому тетракваркову структуру можуть мати тільки мезони.
- Баріони - сімейство елементарних частинок:сильно взаємодіючі ферміони, що складаються з трьох кварків. У 2015 році було також доведено існування аналогічних частинок із 5 кварків, названих пентакварками. До основних баріонів відносяться (у міру зростання маси): протон, нейтрон, лямбда-баріон, сигма-гіперон, ксі-гіперон, омега-гіперон. Маса омега-гіперону (3278 мас електрона) майже в 1,8 разів більша за масу протона.
- Мезон - Адрон, що має нульове значеннябаріонів числа. У Стандартної моделі мезони - складові елементарні частинки, що складаються з рівного числа кварків і антикварків. До мезонів відносяться півонії (π-мезони), каона (K-мезони) і інші, більш важкі, мезони.
Спочатку мезони були передбачені як частинки, які є переносниками сильної взаємодії та відповідають за утримання протонів та нейтронів в атомних ядрах.
Усі мезони нестабільні.Завдяки наявності енергії зв'язку маса мезону в багато разів більша за суму мас складових його кварків. Баріони разом з мезонами (останні складаються з парного числа кварків) складають групу елементарних частинок, що беруть участь у сильній взаємодії і називаються адронами.
Відкриття цих нових частинок разом із вимірамиїх властивостей як і раніше дає важливу інформацію для перевірки меж кваркової моделі. У свою чергу, це дозволяє дослідникам поглибити розуміння сильної взаємодії, перевірити теоретичні прогнози та налаштувати моделі. Це особливо важливо для досліджень, що проводяться на ВАК. Справа в тому, що сильна взаємодія відповідає за більшість того, що відбувається при зіткненні адронів. Чим краще вчені зрозуміють сильну взаємодію, тим точніше буде моделювання цих зіткнень. У результаті шанси побачити невеликі відхилення від очікувань, які можуть натякати на можливі нові фізичні явища, зростуть.
Перший Адрон, відкритий на БАК (LHC), χb (3P), був відкритий ATLAS, а найостанніші включають новий збуджений прекрасний дивний баріон, спостережуваний CMS, і чотири тетракварк, виявлені LHCb.
Читати далі
Фізики створили аналог чорної діри і підтвердили теорію Хокінга. До чого це призведе?
Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять
Ядерний ракетний двигун будують для польотів на Марс. Чим він небезпечний?
Стандартна модель - теоретична конструкція вфізиці елементарних частинок, що описує електромагнітну, слабку і сильну взаємодію всіх елементарних частинок. Сучасна формулювання було завершено в середині 70-х років після експериментального підтвердження існування кварків.
Ферміон - частка або квазічастиця з напівцілим значенням спина, власного моменту імпульсу елементарних частинок.