„Šventojo Gralio“ Hadronas: Mokslininkai Gali Aptikti Išskirtinę Tetrakarko Dalelę

{h1}

Kaip ir adatos radimas šieno kupetoje

Skraidyti, užtraukti, virpėti, kelti Kvarkai, mažosios dalelės, kurios sudaro viską, kas apčiuopiama Visatoje, fizikams išlieka paslaptingas net praėjus 53 metams po to, kai mokslininkai pirmą kartą pradėjo įtarti, kad šios dalelės egzistuoja. Jie veržiasi ties mokslo instrumentų jautrumu, yra suvirpinti didesnių dalelių viduje ir peržengia iš jų aukštesniųjų formų į savo paprasčiausias per pusę laiko, per kurį šviesos spindulys pereina druskos grūdelį. Mažieji klaidžiotojai neatsisako savo paslapčių.

Štai kodėl fizikams prireikė daugiau nei penkių dešimtmečių, kad būtų patvirtinta egzotinių dalelių, kurias jie medžiojo nuo varškės mokslo pradžios, egzistavimas: masyvi (bent jau subatominių dalelių prasme), nemandagi tetrakvarkė.

Fizikai Marekas Karlineris iš Tel Avivo universiteto ir Jonathanas Rosneris iš Čikagos universiteto patvirtino, kad keistas, masyvus tetrakvarkas gali egzistuoti gryniausia ir tikriausia forma: keturios dalelės, visos sąveikaujančios viena su kita vienoje didesnėje dalelėje be jokių barjerų. laikydami juos atskirai. Jie yra stabilūs, jie rado ir greičiausiai gali būti sugeneruoti CERN dalelių fizikos laboratorijoje Šveicarijoje veikiančiame dalelių smulkintuve „Large Hadron Collider“. Jie praneša dokumente, kuris bus paskelbtas būsimame žurnalo „Physical Review Letters“ numeryje. [Be Higso: 5 išskirtinės dalelės, kurios gali pasislėpti Visatoje]

Laikykis - kas yra kvarkas?

Jei šiek tiek žinote apie dalelių fiziką, tikriausiai žinote, kad viskas, kur yra masė, yra sudaryta iš atomų. Šiek tiek giliau į dalelių fiziką paaiškėtų, kad tuos atomus sudaro subatominės dalelės - protonai, neutronai ir elektronai. Dar gilesnis žvilgsnis atskleistų kvarkus.

Neutronai ir protonai yra labiausiai paplitę dalelių klasės, žinomos kaip hadronai, pavyzdžiai. Jei galėtumėte įsitraukti į hadroną, pastebėtumėte, kad jis sudarytas iš dar daugiau bazinių dalelių, tvirtai prigludusių. Tai yra kvarkai.

Diagrama parodo, kaip kvarkai paprastai tinka mūsų supratimui apie mažas daleles.

Diagrama parodo, kaip kvarkai paprastai tinka mūsų supratimui apie mažas daleles.

Kreditas: „udaix“ / „Shutterstock“

Panašiai kaip atomai, kurių branduoliuose yra skirtingos savybės, priklausomai nuo protonų ir neutronų derinių, hadronai išveda savo savybes iš savo kvarkų rezidentų derinių. Protonas? Tai du kvarkai "aukštyn" ir vienas "žemyn" kvarkai. Neutronai? Juos sudaro du kvarkai "žemyn" ir vienas "aukštyn" kvarkai. [Juokinga fizika: pačios mažiausios dalelės gamtoje]

(Elektronai nėra sudaryti iš kvarkų, nes jie nėra hadronai - jie yra leptonai, tolimų kvarkų pusbrolių klasės dalis.)

„Aukštyn“ ir „žemyn“ yra labiausiai paplitę varškės kvapai, tačiau jie yra tik du iš šešių. Kiti keturi - „žavesio“, „viršutinio“, „keisto“ ir „apatinio“ kvarkai - egzistavo akimirkomis po Didžiojo sprogimo ir jie pasirodė ekstremaliose situacijose, tokiose kaip didelio greičio susidūrimai dalelių susidūrimuose. Tačiau jie yra daug sunkesni nei aukštyn ir žemyn esantys kvarkai ir linkę į savo lengvesnius brolius ir seseris per jų sukūrimo akimirką.

Bet tie sunkesni kvarkai gali trukti pakankamai ilgai, kad susilietų į keistus hadronus, pasižyminčius neįprastomis savybėmis, kurios yra stabilios per labai trumpą kvarkų gyvenimą, netoliese supančios. Keletas gerų pavyzdžių: „dvigubai sužavėjęs baronas“ arba hadronas, sudarytas iš dviejų žavesio kvarkų ir lengvesnio kvarko; ir jo pusbrolis, susiformavęs, kai hadronas, sudarytas iš dviejų didelių gabaritų dugno kvarkų ir vieno lengvesnio kvarko, sudedamas kartu blykste, galingesne už atskiras vandenilio bombų sintezės reakcijas. (Atkreiptinas dėmesys, kad dėl trumpo sunkiųjų kvarkų naudojimo dugno varškės sintezė yra kariškai nenaudinga.)

Žaisti su spalvomis

„Daugelį metų buvo įtariama, kad [tetrakarkas] yra neįmanomas“, - „WordsSideKick.com“ pasakojo Karlineris.

Taip yra todėl, kad fiziniai įstatymai pasiūlė, kad keturi kvarkai iš tikrųjų negalėjo susijungti į stabilų hadroną. Štai kodėl: Panašiai kaip atomais, kur patrauklumas tarp teigiamai įkrautų protonų ir neigiamai įkrautų elektronų juos laiko, hadronus taip pat laiko jėgos. Atomose teigiamos ir neigiamos dalelės nuolat bando neutralizuoti savo krūvį iki nulio, todėl protonai ir elektronai prilimpa, panaikindami vienas kitą. [7 keistai faktai apie kvarkus]

Kvarkai turi teigiamus ir neigiamus elektrodinaminius krūvius, tačiau jie sąveikauja ir per daug galingesnę „stiprią“ jėgą. O stipri jėga taip pat turi krūvius, vadinamus spalvų užtaisais: raudona, žalia ir mėlyna.

Bet kuri kvarka gali turėti bet kokį spalvų užtaisą. Kai jie jungiasi, kad sudarytų hadronus, visi tie mokesčiai turi būti panaikinti. Taigi, pavyzdžiui, raudonasis kvarkas turi būti sujungtas arba su žaliu, ir su mėlynu kvarku, arba su jo antimedžiaginiu dvyniu - „antikvarkiu“, kurio spalvos užtaisas yra „antired“. (Tai jūsų smegenys apie kvantinę mechaniką.) Bet koks spalvos ir jos spalvotų spalvų derinys, arba visos trys spalvos, prilipusios, turi neutralų spalvų užtaisą. Fizikai šias daleles vadina „baltomis“.

Ketvertas: Tai tarsi santykiai (tuo, kad ne visada veikia)

Taigi, pasak Karlinerio, nėra sunku įsivaizduoti keturkampį hadroną: Tiesiog priklijuokite du kvarkus prie dviejų sutampančių antikūnų. Pasak jo, tai, kad klijuosite keturis suderinamus kvarkus, dar nereiškia, kad jie bus pakankamai stabilūs, kad sudarytų tikrąjį hadroną - jie gali išskristi.

„Vien todėl, kad jūs perkeliate du vyrus ir dvi moteris į butą, - sakė Karlineris, - dar nereiškia, kad jie įsikurs ir suformuos branduolinę šeimą“.

Kvarkai turi masę, kurią fizikai matuoja energijos vienetais: megaelektrono voltais arba MeV. Kai jie jungiasi, dalis tos masės virsta rišamąja energija, palaikančia juos kartu, taip pat matuojant MeV. (Atminkite, Einšteino E = mc ^ 2? Tai energija lygi šviesos kvadrato masės ir laiko greičio greičiui, šią konversiją reguliuojančiai lygčiai.)

Jei masė yra per didelė, palyginti su rišamąja jėga, aplink hadroną prižiūrimų kvarkų energija dalelę išpjaustys. Jei ji yra pakankamai maža, dalelė gyvens pakankamai ilgai, kad kvarkai nusistovėtų ir išsivystytų grupinės savybės prieš jų skilimą. Pasak Karlinerio, didelėje, laimingoje keturkojų keturkojėje šeimoje turi būti mažesnė nei dviejų mezonų (arba kvarko ir antikvario porų) masė.

Deja, neįtikėtinai sunku apskaičiuoti varškės šeimos masę, kai dalis jos tūrio yra paversta įrišimo jėga, todėl sunku išsiaiškinti, ar konkreti teorinė dalelė yra stabili.

Mokslininkai maždaug dešimtmetį žinojo, kad mezonai gali jungtis prie kitų mezonų, sudarydami ad-hoc tetrakvarkus, todėl galbūt anksčiau esate matę pranešimų, kuriuose nurodoma, kad egzistuoja tetrakvarkai. Bet tuose kvarkuose kiekvienas kvarkas pirmiausia sąveikauja su savo pora. Tikrame tetrakare visi keturi vienodai susimaišys vienas su kitu.

„Tai žavu ir įdomu, bet ne tas pats“, - sakė Karlineris. "Labai skirtingos yra dvi poros skirtinguose kambariuose, kuriuose dalijasi butas, o du vyrai ir dvi moterys visi kartu su visais... bendrauja su visais kitais".

Bet tie dvigubo mezono tetrakvarkai suteikia masės ribą, kurią tikrieji tetrakvarkai turi kirsti, kad būtų stabilūs “, - sakė jis.

Adata šieno kupetoje

Teoriškai, pasak Karlinerio, remiantis grynais skaičiavimais būtų galima numatyti stabilios tetrakarko buvimą. Bet dalyvaujanti kvantinė mechanika buvo tiesiog per sunki, kad būtų galima tinkamai dirbti.

Svarbiausia Karlinerio ir Rosnerio įžvalga buvo ta, kad jūs galite pradėti išsiaiškinti retų hadronų masę ir rišamąją energiją pagal analogiją su įprastais hadronais, kurie jau buvo išmatuoti.

Prisimeni, kad dvigubai žavesnis baronas iš ankstesnių laikų? O jos sprogstamasis pusbrolis su dviem apatiniais kvarkais? 2013 m. Karlineris ir Rosneris pradėjo įtarti, kad galėtų apskaičiuoti jos masę, gerai pagalvoję apie rišamąją energiją mezonų viduje, kuriuos sudaro žavesio kvarkai ir anticharmo kvarkai.

Kvantinė mechanika siūlo, kad du skirtingų spalvų žavesio kvarkai - tarkime, raudonasis ir žaliasis žavesys - turėtų susisieti tiksliai su puse žavesio kvarko ir jo antimedžiaginio dvynio energijos, tarkime, raudonojo žavesio kvarko ir senovinio žavesio antikvario. Ir mokslininkai jau išmatavo tos jungties energiją, taigi acharmo ir žavesio jungties energija turėtų būti pusė to.

Taigi Karlineris ir Rosneris dirbo su tais skaičiais ir jie nustatė, kad dvigubai sužavėjęs baronas ir dvigubo dugno baronas turėtų turėti 3627 MeV, plius arba minus 12 MeV masę. Jie paskelbė savo dokumentus ir paskatino CERN (Europos branduolinių tyrimų organizacija) eksperimentatorius pradėti medžioti, sakė Karliner.

LHCb detektorius CERN.

LHCb detektorius CERN.

Kreditas: CERN

Tačiau Karlineris ir Rosneris pasiūlė CERN gairę ir galiausiai CERN mokslininkai prisijungė. 2017 m. Liepą dideliame hadronų susidūrime (LHC) pasirodė pirmieji aiškūs dvigubai žavūs barionai. [Nuotraukos: didžiausias pasaulio atomų sutriuškintojas (LHC)] „Iš pradžių eksperimentininkai buvo gana skeptiški“, kad realiame pasaulyje būtų galima rasti dvigubai sužavėtų barionų, sakė Karlineris. "Tai yra tarsi ieškoti adatos ne šieno kupetoje, o šieno kupetoje.

„2014 m. Mes prognozavome, kad šio dvigubai žavaus baryono masė bus 3627 MeV, duok arba imk 12 MeV“, - sakė R. Karlineris. "LHC išmatuota 3,621 MeV, duokite arba imkite 1 MeV."

Kitaip tariant, jie tai prikalė.

Kadangi jų skaičiavimas pasirodė teisingas, Karlineris ir Rosneris turėjo kelio į tikrąjį stabilų tetrakarką planą.

Viena didelė, stora, laiminga šeima

Kvantinėje mechanikoje, aiškino Karlineris, galioja bendra taisyklė, kad sunkesni kvarkai linkę daug stipriau jungtis, nei lengvesni kvarkai. Taigi, jei jūs surasite stabilų tetraekarą, greičiausiai jame bus keletas kvarkų iš sunkesnio skonio spektro galo.

Karlineris ir Rosneris pradėjo dirbti, kai tik buvo paskelbtas dvigubai žavus barionų matavimas. Pirmiausia jie apskaičiavo tetrakarko, kurį sudaro du žavesio kvarkai ir du lengvesni antikvarkai, masę; žavesio kvarkai yra gana stambūs, maždaug 1,5 karto didesni už protono masę. Rezultatas? Dvigubai žavus tetrakarkas pasirodo esantis ties stabiliu ir nestabiliu kraštu, kuriame yra klaidų abiejose pusėse - kitaip tariant, per daug neapibrėžtas, kad vadintumėte atradimą.

Tačiau žavesio kvarkai nėra patys sunkiausi kvarkai. Įeikite į apatinį kvarką, tikrą elementariųjų dalelių monstrą, kurio svoris yra maždaug 3,5 karto didesnis už jo žaviojo brolio ir bręstančiojo brūkšnį.

„Karliner“ ir „Rosner“ suskaičiuokite du iš jų kartu su antikine žyma „aukštyn“ ir „žemyn“ - ir jūs pasieksite stabilų keturkojį - paversdami tiek savo didžiąją dalį į privalomąją energiją, kad jie maksimaliai pasiektų 215 MeV masės slenkstis, kurio paklaida siekia vos 12 MeV.

„Viso to rezultatas yra tas, kad dabar mes turime tvirtą prognozę šio objekto, kuris buvo šios teorinės fizikos šakos šventasis gralis, masėms“, - sakė R. Karlineris.

Sukurtas toks tetrakarkas ilgai gyvuos; jis išblunka vos po vienos dešimtosios pikosekundės arba ilgą laiką šviesos spindulys praeina per vieną mikroskopinę odos ląstelę. Tada jis suskaidomas į paprastesnius kvarkų aukštyn ir žemyn derinius. Bet ta 0,1 pikosekundė (viena dešimties trilijonų sekundės dalis) yra pakankamai ilga kvantinėje mechaninėje skalėje, kad būtų laikoma stabilia dalele.

„Tai panašu į tai, jei palygintumėte žmogaus gyvenimą su [žemynų judėjimu]“, - sakė Karlineris. "Jei turite būtybių, gyvenančių sekundžių trupmenomis, žmogaus gyvenimo laikotarpis atrodytų beveik begalinis".

Toliau į Šveicariją

Kitas žingsnis, kai dalelės buvo numatytos teoretikų, yra tai, kad CERN eksperimentatoriai bandytų ją sukurti mylių davėjo LHC mylių ilgio vamzdžiuose.

Tai gali būti varginantis procesas, ypač dėl specifinių dugno kvarkų savybių.

LHC veikia kartu su dideliais šviesos greičio fragmentais, sujungdamas protonus, išleisdamas pakankamai daug energijos į kolidrą, kad dalis jo vėl virstų mase. Ir tik maža tos masės dalis susikondensuos į retas materijos formas - kaip tas dvigubai sužavėjęs baronas.

Bet kuo sunkesnė dalelė, tuo mažesni šansai, kad ji pasirodys LHC. O apatiniai kvarkai yra išskirtinai mažai tikėtina kūryba.

Pasak Karlinerio, norint sukurti tetrakarką, LHC turi sugeneruoti du apatinius kvarkus, esančius pakankamai arti vienas kito, kad jie surištų, ir „papuošti“ juos dviem lengvais antikvarais. Tada jis turi tai padaryti dar kartą ir vėl - kol tai nutiko pakankamai kartų, kad tyrėjai galėtų būti tikri dėl savo rezultatų.

Bet tai nėra taip mažai tikėtina, kaip gali atrodyti.

"Pasirodo, jei pasvarstysite, kaip tokius dalykus pasidarytumėte laboratorijoje", - teigė Karlineris, "tikimybė juos padaryti yra tik šiek tiek mažesnė, nei radus tą barioną su dviem apatiniais kvarkais ir viena lengva kvarku".

Ir ta medžioklė jau vykdoma.

Kai bus aptiktas dviejų dugnų kvarko baryonas, Karlineris sakė - rezultato, kurio jis tikisi per artimiausius kelerius metus, „laikrodis pradeda tikėti“, kad pasirodys tetrakvarkas.

Kažkur eteryje yra hadronas, kurį fizikai medžioja 53 metus. Bet dabar jie pagavo jo kvapą.

Redaktoriaus pastaba: Šis straipsnis buvo atnaujintas, kad pakoreguotų tyrėjo ankstesnio dvigubai žavaus bario prognozę. Tai buvo 3627 MeV, o ne 4627 MeV.

Iš pradžių paskelbta „WordsSideKick.com“.


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


Uolos Narai Pasinėrė Į Oregono Vandens Rezervuarą Viso Saulės Užtemimo Metu
Uolos Narai Pasinėrė Į Oregono Vandens Rezervuarą Viso Saulės Užtemimo Metu

Žingsnis: 50 Procentų Žuvų Dabar Išauginta
Žingsnis: 50 Procentų Žuvų Dabar Išauginta

Mokslas Naujienos


Darželininkai Suklupo Šį 5 600 Metų Senumo Piliakalnį. Archeologai Yra Mistifikuoti.
Darželininkai Suklupo Šį 5 600 Metų Senumo Piliakalnį. Archeologai Yra Mistifikuoti.

Pagrindiniai Plėšrūnai, Ekosistemos Išgyvenimo Raktas, Studijų Laidos
Pagrindiniai Plėšrūnai, Ekosistemos Išgyvenimo Raktas, Studijų Laidos

Kas Nutiktų, Jei Išsiveržtų Jeloustouno Supervulkanas?
Kas Nutiktų, Jei Išsiveržtų Jeloustouno Supervulkanas?

Genų Vagys: Salamandros Moterys Užgrobia Kelių Vyrų Dnr
Genų Vagys: Salamandros Moterys Užgrobia Kelių Vyrų Dnr

Co2 Išmetamas Akmenimis: Metodas Paverčia Kenksmingas Dujas Kietomis
Co2 Išmetamas Akmenimis: Metodas Paverčia Kenksmingas Dujas Kietomis


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com