NEW BOT Телеграм, страница

И ещё новости с Большого адронного коллайдера. На нём открыта новая экзотичная частица — тетракварк, состоящий только из тяжёлых кварков.

Небольшой поясняющий ликбез.

Все известные элементарные частицы делятся на две большие группы: бозоны, которые переносят взаимодействие (это, например, фотоны), и фермионы, которые образуют то, что принято называть веществом (это, например, электроны). Все фермионы, в свою очередь, делятся на лептоны (это те же электроны, а также, например, нейтрино) и кварки.

Кварки обладают интересной особенностью: они не могут существовать сами по себе. Более-менее стабильной может быть только частица, имеющая, как минимум, два кварка (вернее, кварк и анти-кварк) в своём составе. В обычном веществе кварки содержатся в протонах и нейтронах: каждый из них состоит из трёх кварков.

Частицы, состоящие из кварков, называются адронами. На данный момент их известно сотни — когда вы слышите, что на коллайдере открыли новую частицу, это в 99% случаях какой-то новый адрон (исключение — например, бозон Хиггса).

При этом возможность образовывать более-менее стабильные частицы является отличительной особенностью кварков. Лептоны такой возможностью, фактически, не обладают: в лучшем случае они образуют квазистабильные системы типа позитрония (связанная пара электрона и позитрона) или мюония (пара антимюона и электрона), но связь лептонов в них значительно слабее, чем связь кварков в адронах.

Ну и ещё один момент. Оказалось, что все известные элементарные частицы можно разбить на три группы, которые называют поколениями. При этом для каждой частицы из одного поколения существует аналогичная по своим свойствам частица из другого поколения. Отличаются только их массы. Например, у электрона есть более тяжёлый аналог, называемый мюоном (массой более, чем в 200 электронов), и ещё более тяжёлый тау-лептон.

Протоны и нейтроны состоят из двух типов кварков, условно называемых верхними и нижними. И у них тоже есть более тяжёлые аналоги с ещё более забавными названиями: странные и очарованные, а также прелестные и истинные (всё это, конечно, просто условные имена, выбранные такими по довольно случайным причинам).

Так вот, подавляющее большинство открытых адронов состоят из кварка и антикварка (их называют мезонами) или трёх кварков или антикварков (их называют барионами). Однако теоретики давно уже предсказали существование и более экзотичных образований из двух кварков и антикварков (называемых тетракварками) и 4-х кварков и антикварка (это уже пентакварки).

Собственно, подтверждение существования открытых ранее тетракварков в 2014 году и обнаружение пентакварков в 2015 году стали одними из главных достижений LHC после открытия бозона Хиггса. Ранее известные тетракварки, однако, состояли из смеси лёгких кварков (как в протонах и нейтронах) и тяжёлых. И вот, сейчас впервые обнаружен тетракварк, состоящий только из тяжёлых кварков.

Надо, однако, сказать, что теория взаимодействия кварков — она называется квантовой хромодинамикой — чрезвычайно сложна. Хотя вроде бы все исходные уравнения известны и хорошо проверены, но их конкретное решение не поддаётся точному вычислению. Поэтому до сих пор идут, например, споры, являются ли тетракварки действительно отдельными частицами, или всё же правильнее их рассматривать как своеобразные «молекулы», состоящие из двух мезонов. Учёные строят различные приближённые модели ядерных сил, чтобы ответить на этот вопрос, и изучение свойств тетракварков поможет понять, какие из этих моделей лучше работают.

Ссылка на препринт: https://arxiv.org/abs/2006.16957

36 views20:53