Квантові фізики визначають необхідний склад невловимих тетракварків

Кваркові вибрики називають тетракварками

Все у всесвіті складається з атомів - за винятком, звичайно, самих атомів. Вони складаються з субатомних частинок, а саме протонів, нейтронів і електронів. У той час як електрони класифікуються як лептони, протони і нейтрони знаходяться в класі частинок, відомих як кварки. Хоча «відомі» можуть бути трохи вводять в оману: набагато більше теоретиків-фізиків не знають про частки, ніж з будь-якої ступенем впевненості.

Наскільки нам відомо, кварки є фундаментальною частинкою Всесвіту. Ви не можете зламати кварк вниз на найдрібніші частинки. Однак уява їх як рівномірно незначне не зовсім точне: хоча вони крихітні, вони не всі однакові. Деякі кварки більше інших, і вони можуть також об'єднуватися і створювати мезони (1 кварк + 1 антікварк) або баріони (3 кварки різних ароматів).

В термінах можливих ароматів кварків, які відповідають їх положенню, ми визначили шість: вгору, вниз, зверху, знизу, чарівність і дивина. Як уже згадувалося, вони зазвичай з'єднуються або в кварк-антикваркових пари, або в кварковую трійку - до тих пір, поки заряди (⅔, ⅔ і ⅓) все складаються з позитивним 1.

Так зване чотирьохядерне спаровування давно пішло; Адрон, який зажадає 2 пари кварк-антікварк, утримуваних сильної силою. Тепер їх недостатньо, щоб просто об'єднатися і тільки взаємодіяти зі своїм партнером. Щоб бути справжнім тетраакраком, всі чотири кварки повинні були б взаємодіяти один з одним; поводячись як квантові свінгери, якщо хочете.

Кварки-свінгери

Це може здатися досить простою концепцією: об'єднати чотири кварка, і вони обов'язково будуть взаємодіяти, вірно? Ну, не обов'язково. І це буде припускати, що вони будуть стабільно спаровуватися в першу чергу, що не є даними. Як пояснив Макек Карлайнер з Тель-Авівського університету LiveScience, два кварка більше не будуть об'єднуватися в стабільний союз, ніж два випадкових людей, яких ви кидаєте в квартиру разом. Коли справа доходить до людей і кварків, близька близькість не забезпечує хімію.

«Великий відкритий питання полягало в тому, чи будуть такі комбінації стабільними,
або вони миттєво розпадуться на два кварк-антикваркових мезона », - сказав Карлайнер футуризму. «Багаторічні експериментальні пошуки прийшли з порожніми руками, і ніхто не знав напевно, чи існують стабільні тетракварк».

У більшості дискусій про тетраквармах до недавнього часу брали участь ці «спеціальні» тетраакракі; ті, в яких чотири кварка були спарені, але не взаємодіяли. Знаходження бонаідальной кварковой кліки було «святим Граалем» теоретичної фізики протягом багатьох років - і ми болісно близькі.

Згадуючи, що кварки не є чимось, що ми дійсно можемо бачити, можливо, само собою зрозуміло, що передбачити існування такої угоди було б неймовірно важко. Самі закони фізики диктують, що чотири кварка не зможуть об'єднатися і сформувати стабільний Адрон. Але два фізика знайшли спосіб спростити (наскільки ви можете «спростити» квантову механіку) підхід до пошуку тетракварк.

Кілька років тому Карлайнер і його дослідницький партнер Джонатан Рознер із Чиказького університету виклали теорію про те, що якщо ви хочете дізнатися масу і енергію зв'язку рідкісних адронів, ви можете почати з порівняння їх з загальні адрони, про які ви вже знаєте вимірювання. У своєму дослідженні вони розглядали чарівність кварків; вимірювання яких відомі та зрозумілі (принаймні, для квантових фізиків).

На основі цих порівнянь вони запропонували, щоб двузарядних баріон мав масу 3,627 МеВ, +/- 12 МеВ. Наступним кроком було переконати ЦЕРН піти на полювання на тетракварків, використовуючи математику в якості карти.

Розбиті атоми

Для всієї складної роботи, яку він бере на себе, переважна більшість з яких нічого не виявляється людським оком, Великий адронний коллайдер - це саме те, що мається на увазі в назві: це потужний прискорювач частинок, який розбиває атоми разом, розкриваючи їх внутрішні кварки. Якщо ви хочете довести існування дуже маленькою теоретичної частки, LHC - це те, де ви хочете почати, хоча не існує способу дізнатися, як довго це буде, якщо коли-небудь, частинки, які ви шукаєте, виглядають.

Минуло кілька років, але влітку 2017 року LHC виявив новий баріон: один з одним кваркової кварком і двома важкими кварками-Шарм - на цей раз сподівалися двозначні баріон Карлайнер і Роснер. Маса баріону становила 3,621 МеВ, даючи або займаючи 1 МеВ, що було дуже близько до вимірювання, яке передбачили Карлайнер і Роснер. До цього спостереження фізики міркували про - але ніколи не виявляли - більше одного важкого кварка в баріонів. Що стосується полювання на тетракварк, це було важливим доказом: більш надійний донний кварк може бути саме тим, що необхідно для створення баріону стабільного тетракварка.

Нескінченне розчарування в вивченні частинок полягає в тому, що вони не залишаються надовго. Ці баріони, зокрема, зникають швидше, ніж швидкість «blink-and-you'll-miss-it»; один 10 / трильйонної частки секунди, якщо бути точним. Звичайно, в світі квантової фізики насправді досить часу, щоб встановити існування, завдяки LHC.

Проте, великий квантовий квант всередині LHC є серйозною проблемою в пошуках тетраакраків: важчі частинки проявляються з меншою ймовірністю, і хоча все це відбувається на нескінченно малому рівні, оскільки квантова шкала, нижні кварки є бегемотами. Отже, наступне питання для Роснера і Карлайнера полягав в тому, що було б розумніше спробувати побудувати тетракварк, а не чекати, поки він з'явиться? Вам потрібно буде створити два нижніх кварка близько один до одного, щоб вони підключалися, а потім вставляли пару більш світлих антикварків - потім робіть це знову і знову, успішно, досить часу, щоб задовольнити науковий метод.

«У нашій роботі використані дані нещодавно виявленого подвійного зачарованого баріону, щоб вперше вказати, що існує стабільний тетракварк *, - сказав Карлайнер футуризму, додавши, що існує «дуже хороший шанс» LHCb в ЦЕРН встиг би спостерігати явище експериментально.

Це, звичайно, все ще теоретичне пропозицію, але якщо хто-небудь це зробить, LHC буде продовжувати бити між тим - і, можливо, комбінація виникла б сама по собі. Як Карліннер нагадав LiveScience, протягом багатьох років було припущення, що тетракваркв неможливі. Принаймні, вони глибоко розходяться зі стандартною моделлю фізики. Але це припущення, безумовно, територіальні претензії. «Тетракварк - воістину нова форма сильної взаємодїї матерії, - сказав Карлайнер Футуризму, - на додаток до звичайних баріонів і мезонів».

Якщо тетракварк не є неможливими або навіть неймовірними, завдяки розрахункам Карлайнера і Роснера, принаймні, зараз у нас є краще уявлення про те, що ми шукаємо, і де воно може з'явитися.

Там, де є дим, там є вогонь, як то кажуть, і в той час як приголомшуюче царство квантової механіки може більше бути схожим на дим і дзеркала для нас, теоретичні фізики ще не здаються. Там, де є подвійні d-кварки, можуть бути і тетракварки.

Література: Природа, LiveScience, Фізика APS