Doi cuarci încântați în interiorul unui baryon

Doi cuarci încântați în interiorul unui baryon

Boris Kerbikov,
Doctore. Sci. stiinte, ved. științifice. și colab. ITEP, art. științifice. și colab. LPI, profesor la MIPT
"Opțiunea Trinității" №15 (234), 1 august 2017

Boris Kerbikov

În cadrul Conferinței Europene a Fizicii Energiei înalte, care a avut loc la Veneția la începutul lunii iulie, colaborarea LHCb care sa desfășurat la Coordonatorul de Large Hadron Collider de la CERN a anunțat descoperirea unui barion având o structură (ccu), care constă din două cvarke c (sus) u-quark.

Masa noului baryon, care în terminologia standard este numită \ (\ Xi ^ {++} _ % \), este 3621 MeV, iar sarcina electrică este de două. Astfel, noul baryon este de aproape patru ori mai greu decât protonul. O particulă nouă a fost detectată din cauza unei degradări slabe într-un hiperon fermecat, un kaon și doi pioni, adică \ (\ Xi ^ {++} _ % \) → Λc+Κπ+π+.

Dovada că decăderea se produce datorită interacțiunii lente slabe este o cale destul de lungă, pe care baryonul reușește să o facă în configurația experimentală. Conform estimărilor teoretice, durata de viață (\ Xi ^ {++} _ % \) este de câteva sute de femtosecunde. Semnificația statistică a observației este foarte ridicată, iar existența unui nou baryon poate fi considerată ferm stabilită.

Ce face descoperirea interesantă? Să începem cu niște mementouri.Cvaratul fermecat a intrat în fizică ca urmare a Revoluției din noiembrie 1974, când a fost descoperită particula J / ψ formată dintr-un quark încântat și un antiquark. Încărcarea electrică a c-quark-ului este de 2/3, iar masa goală este de aproximativ 1,27 GeV, adică c-quark-ul este a treia în masa dintre cuarcile grele c, b și t, dar mult mai greu decât lămpile u și d și un s-quark ciudat.

Obiectul principal al studiului de colaborare LHCb este tocmai cuarcurile grele, deci prefixul b din titlu. Prin urmare, nu este surprinzător faptul că noul baryon a fost descoperit de această colaborare. Așa cum se întâmplă de multe ori, descoperirea a avut un fundal. La începutul anilor 2000, colaborarea SELEX în laboratorul american Fermi în publicații și rapoarte a raportat observația unui barion \ (\ Xi ^ {++} _ % \) care conținea două cuarci fermecate și un darket în loc de u- cuarcul din baryon \ (\ Xi ^ {++} _ % \). Ulterior, însă, această observație nu a fost confirmată.

În plus, conform datelor SELEX, masa \ (\ Xi ^ {++} _ % \) a fost de 3519 MeV, adică aproximativ 100 MeV mai mică decât masa baryonului descoperit la CERN. Înlocuirea unui u-quark cu un d-quark poate duce la o schimbare atât de semnificativă a masei? Răspunsul este aproape sigur negativ – deoarece în natură există, dacă nu absolut strictă, invarianța izotopică.Masa protonilor și a neutronilor diferă cu mai puțin de 1,5 MeV. Prin urmare, vom aștepta cu interes pentru datele LHCb pe baryon (ccd) și baryonul ciudat (ccs).

Acum puțin despre teorie. Existența unui baryon cu două quark-uri încântate, și chiar cu două quark-uri b-frumoase, nu este surprinzător.

Mai mult, calculele masei sale estimate au început să fie publicate în secolul trecut. Întrebarea este dacă aceste calcule sunt justificate. Știința despre interacțiunea quark-urilor se numește cromodinamică cuantică (QCD). Împreună cu teoria electroweak, ea formează Modelul Standard, dincolo de care nu a fost încă posibil să meargă.

Există două întrebări interdependente principale nerezolvate în QCD: teoria confinării și calculul spectrului de masă al hadronilor. Cum este aranjată o interacțiune puternică la distanțe pe ordinea radielor hadronilor, încă nu avem prea multă înțelegere. Prin urmare, dacă experimentatorii au determinat masa noului baryon cu o precizie de aproximativ 1 MeV, atunci teoreticienii se pot aștepta cu greu la o precizie mai bună decât 50 MeV. Valoarea obținută experimental a masei face posibilă evaluarea critică a calculelor teoretice publicate. O caracteristică comună a tuturor abordărilor teoretice este ideea modului în care sunt distribuite în interiorul unui baryon \ (\ Xi ^ {++} _ % \).

Două cuarcă vrăjite sunt grupate într-o formare compactă – diquark, iar un quark ușor este localizat la o anumită distanță. Imaginea tomografică a acestei structuri interne a fost obținută într-un mod frumos, ideea căruia îi aparține Fermi.

Faptul este că ecuația Schrödinger în timp imaginar coincide cu ecuația de difuzie. Prin urmare, este posibil să se plaseze trei quark-uri într-o configurație de testare și apoi să li se permită să difuzeze pentru o lungă perioadă de timp într-un câmp de interacțiune dat. Ca rezultat, funcția de undă a quark-urilor a luat forma descrisă mai sus. Din punct de vedere al structurii de culoare, diquarkul arata ca un antiquark, deci, impreuna cu un quark usor, formeaza o stare incolita, un barion alb.

Din existența și proprietățile noului baryon, teoreticienii au început să învețe primele lecții. Se preconizează, în special, că un tetraquark ipotetic cu două cuarci grele va fi stabil în ceea ce privește dezintegrările puternice și electromagnetice.

Lucrarea experimentală a colaborării LHCb a fost publicată în arhiva pretipărilor din 6 iulie, arXiv: 1707.01621.

Cm. De asemenea:
Igor Ivanov. Primul baryon cu fermitate dublă, "Elements", 10.07.2017.


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: