Частица из чистой ядерной силы

Публикуется в разделе "Наука и технологии"

13.10.2015. Ученые из Венского технического университета подсчитали, что мезон f0(1710) может оказаться весьма специфической частицей – давно "разыскиваемым" глюболом, частицей, состоящей из чистой силы (взаимодействия). Работа учёных опубликована в журнале Physical Review Letters.

В течение многих десятилетий ученые искали гипотетическую частицу, названную "глюболом".  Но, похоже, что они уже давно были найдены. Глюбол – это экзотическая частица, состоящая из одних глюонов – "клейких" частиц, которые удерживают вместе другие субатомные частицы. Глюбол неустойчивая частица и может быть обнаружена лишь косвенно, путем анализа ее распада.  Однако процесс распада глюбола еще не полностью изучен.

Фундаментальные частицы (слева) состоят из кварков (частиц материи) и глюонов (переносчиков сил). Глюбол (справа) состоит из чистых глюонов
Фундаментальные частицы (слева) состоят из кварков (частиц материи) и глюонов (переносчиков сил). Глюбол (справа) состоит из чистых глюонов

Профессор Антон Рибан (Anton Rebhan) и его аспирант Фредерик Брюннер (Frederic Brünner) из Венского технического университета (Technische Universität Wien) в настоящее время используют новый теоретический подход для расчета глюболового распада. Их результаты очень хорошо согласуются с данными экспериментов на ускорителях частиц. Они убедительно доказывают, что резонанс, называемый  f0(1710), который обнаруживался в разных экспериментах, на самом деле является давно искомым глюболом. Результаты дальнейших экспериментов можно ожидать в ближайшие несколько месяцев.

Частица, состоящая только из сил

Барионы (протоны и нейтроны) состоят из еще более мелких элементарных частиц, называемых кварками. Эти кварки связаны друг с другом сильным ядерным взаимодействием.

– В физике элементарных частиц каждое взаимодействие (сила) переносится посредством особого рода силовых частиц, и такими частицами для сильного ядерного взаимодействия являются глюоны,– объясняет Антон Рибан.

Глюоны можно рассматривать как более сложные варианты фотона. Фотоны, не имеющие массы, отвечают за перенос электромагнитной силы, в то время как восемь разных типов глюонов играют аналогичную роль для сильного ядерного взаимодействия. Но есть одно важное отличие: глюоны сами подвержены своему собственному взаимодействию, а фотоны – нет. Вот почему в природе не возникают частицы из связанных между собой фотонов, но частица, которая состоит из одних лишь связанных между собой глюонов, т.е. из одних ядерных сил, на самом деле возможна.

В 1972 году, вскоре после того, как была сформулирована кварко-глюонная теория, физики Мюррей Гелл-Манн и Харальд Фрич размышляли о возможных связанных состояниях чистых глюонов, изначально названных "глюонием" (сегодня используется термин "глюбол"). В экспериментах на ускорителях частиц было найдено несколько кандидатов на глюболы, но никогда не было полного научного консенсуса о том, можно ли какой-либо из этих сигналов считать частицей, состоящей чисто из взаимодействия. Сигналы, обнаруженные в экспериментах, вместо глюбол могли оказаться комбинациями из кварков и антикварков. Глюболы слишком недолговечны, чтобы их можно было обнаружить непосредственно. Если они существуют, то должны быть определены путем изучения их распада.

Кандидат f0(1710) распадается странно

– К сожалению, картина распада глюбола не может быть строго рассчитана,–  говорит Антон Рибан.

Упрощенные расчеты моделей показали, что существуют два реальных кандидата на глюболы – мезоны f0(1500) и f0(1710). В течение долгого времени первый считался наиболее перспективным кандидатом. Второй имеет большую массу, которая согласуется с компьютерной симуляцией лучше, но при его распаде образуется много тяжелых, так называемых, "странных"  кварков. Для многих ученых  это казалось неправдоподобным, потому что глюонные взаимодействия обычно не различаются для тяжелых и легких кварков.

Антон Рибан и Фредерик Брюннер сделали важный шаг вперед в решении этой загадки, пытаясь найти иной подход. Имеются фундаментальные связи между квантовой теорией, описывающей поведение частиц в нашем трехмерном мире и некоторыми теориями гравитации для измерений более высокого порядка, и на некоторые вопросы квантовой физики можно находить ответы с помощью инструментов физики гравитации.  

– Наши вычисления показывают, что действительно глюболы могут распадаться с образованием преимущественно странных кварков,– говорит Антон Рибан,– Удивительно, но рассчитанная картина распада на две более легкие частицы очень хорошо согласуется с картиной распада, экспериментально измеренной для мезона f0(1710). Дополнительно к этому,  распады на более чем две частицы также возможны. Скорости таких распадов также нами были рассчитаны.

Дополнительные данные ожидаются скоро

До сегодняшнего дня  распады f0(1710)  на более чем на две частицы не регистрировались.  Но в течение следующих нескольких месяцев на двух экспериментах –  TOTEM и LHCb на Большом адронном коллайдере и на эксперименте  BESIII на ускорителе в Пекине – ожидается получение новых данных.

– Эти результаты будут иметь решающее значение для нашей теории,– говорит профессор Рибан,– Для таких процессов распада [мезона f0(1710). прим. SETI&CETI] на множество частиц наша теория предсказывает скорости распада, отличающиеся от предсказаний других, более простых моделей.  Если результаты измерений сойдутся с нашими расчетами, это будет замечательным успехом нашего метода.

Это стало бы неопровержимым доказательством, что мезон f0(1710) является глюболом. И вдобавок к этому, это еще раз показало бы, что теория гравитации для измерений высшего порядка может быть использована для поиска ответов на вопросы физики элементарных частиц, и таким образом, это стало бы еще одним крупным успехом общей теории относительности Эйнштейна, которая отмечает в этом году свой 100-летний юбилей.

Источник: Technische Universität Wien
Хотите что-то добавить или возразить? Вы можете оставлять свои комментарии прямо здесь или вступить в наши группы ВКонтакте или в Facebook и участвовать в обсуждениях