Глюббол
| Стандартная модель физики элементарных частиц |
|---|
 |
В физике элементарных частиц глюбол глюон (также глюоний , -шар ) — гипотетическая составная частица . [1] Он состоит исключительно из глюонных частиц, без валентных кварков . Такое состояние возможно, поскольку глюоны несут цветовой заряд и испытывают сильное взаимодействие между собой. Глюболы чрезвычайно сложно идентифицировать в ускорителях частиц , поскольку они смешиваются с обычными мезонными состояниями. [2] [3] В чистой калибровочной теории глюболы — единственные состояния спектра, и некоторые из них устойчивы. [4]
Теоретические расчеты показывают, что глюболы должны существовать в диапазонах энергий, доступных для современной коллайдерной технологии. Однако из-за вышеупомянутой трудности (помимо прочего) они до сих пор не наблюдались и не идентифицировались с уверенностью. [5] хотя феноменологические расчеты показали, что экспериментально идентифицированный кандидат на глюбол, обозначенный , имеет свойства, соответствующие ожидаемым от глюбола Стандартной модели . [6]
Предсказание о существовании глюболов — одно из наиболее важных предсказаний Стандартной модели физики элементарных частиц, которое пока не подтверждено экспериментально. [7] [ не удалось пройти проверку ] Глюболлы — единственные частицы, предсказанные Стандартной моделью, с полным угловым моментом ( J ) (иногда называемым «собственным спином»), который в основном состоянии может быть либо 2, либо 3.
объявила об экспериментальных доказательствах коллаборация TOTEM на БАКе в сотрудничестве с коллаборацией DØ на бывшем коллайдере Тэватрон в Фермилабе обмена оддерона В 2021 году (сложной глюонной частицы с нечетной C-четностью ). Этот обмен, связанный с безкварковым трехглюонным векторным глюболом, был идентифицирован при сравнении протон-протонного и протон-антипротонного рассеяния. [8] [9] [10] В 2024 году было установлено, что частица X (2370) имеет четность массы и спина, соответствующую таковой у глюбола. [11] Однако нельзя исключать и других кандидатов на экзотические частицы, таких как тетракварк. [12]
Характеристики
[ редактировать ]В принципе, теоретически возможно точно рассчитать все свойства глюболов и вывести их непосредственно из уравнений и фундаментальных физических констант квантовой хромодинамики (КХД) без дополнительных экспериментальных данных. Таким образом, предсказанные свойства этих гипотетических частиц могут быть описаны в мельчайших подробностях, используя только физику Стандартной модели, которая получила широкое признание в литературе по теоретической физике. Но существует значительная неопределенность в измерении некоторых важных ключевых физических констант, а расчеты КХД настолько сложны, что решения этих уравнений почти всегда являются численными аппроксимациями (рассчитанными с использованием нескольких очень разных методов). Это может привести к изменению теоретических предсказаний свойств глюбола, таких как масса и коэффициенты ветвления при распаде глюбола.
Составляющие частицы и цветовой заряд
[ редактировать ]Теоретические исследования глюболов были сосредоточены на глюболах, состоящих либо из двух, либо из трех глюонов, по аналогии с мезонами и барионами , имеющими два и три кварка соответственно. Как и в случае с мезонами и барионами, глюболы будут иметь в КХД нейтральный цветовой заряд . Барионное число глюбола равно нулю.
Полный угловой момент
[ редактировать ]Двухглюонные глюболы могут иметь полный угловой момент J = 0 (который является либо скалярным , либо псевдоскалярным ) или J = 2 ( тензорный ). Трехглюонные глюболы могут иметь полный угловой момент J = 1 ( векторный бозон ) или 3 ( третьего порядка тензорный бозон ). Все глюболы имеют целочисленный полный угловой момент, что означает, что они являются бозонами , а не фермионами .
Глюбболы — единственные частицы, предсказанные Стандартной моделью, с полным угловым моментом ( J ) (иногда называемым «собственным спином» ), которые могут иметь либо 2, либо 3 в своих основных состояниях, хотя мезоны состоят из двух кварков с J = 0 и J = 1 с близкими массами наблюдались и возбужденные состояния других мезонов могут иметь такие же значения полного углового момента.
Электрический заряд
[ редактировать ]Все глюболы будут иметь нулевой электрический заряд , поскольку сами глюоны не имеют электрического заряда.
Масса и паритет
[ редактировать ]Квантовая хромодинамика предсказывает, что глюболы будут массивными, несмотря на то, что сами глюоны имеют нулевую массу покоя в Стандартной модели. Были рассмотрены глюболы со всеми четырьмя возможными комбинациями квантовых чисел P ( пространственная четность ) и C ( зарядовая четность ) для каждого возможного полного углового момента, что привело к созданию по крайней мере пятнадцати возможных состояний глюбола, включая возбужденные состояния глюбола, которые имеют одинаковые квантовые числа, но имеют разные массы с самыми легкими состояниями, имеющими массу всего 1,4 ГэВ/ с. 2 (для глюбола с квантовыми числами J = 0, P = +1, C = +1 или, что то же самое, J ПК = 0 ++ ), а самые тяжелые состояния с массами почти 5 ГэВ/ c 2 (для глюбола с квантовыми числами J = 0, P = +1, C = −1 или J ПК = 0 +− ). [5]
Эти массы находятся того же порядка, что и массы многих экспериментально наблюдаемых мезонов и барионов , а также массы тау-лептона , очарованного кварка , нижнего кварка , некоторых изотопов водорода и некоторых изотопов гелия .
Каналы стабильности и распада
[ редактировать ]Точно так же, как все мезоны и барионы Стандартной модели, за исключением протона, нестабильны по отдельности, Стандартная модель предсказывает, что все глюболы нестабильны изолированно, а различные расчеты КХД предсказывают общую ширину распада (которая функционально связана с периодом полураспада). ) для различных состояний глюбола. Расчеты КХД также позволяют предсказывать ожидаемые закономерности распада глюболов. [13] [14] Например, глюболы не будут иметь радиационного или двухфотонного распада, но будут распадаться на пары пионов , пары каонов или пары эта-мезонов . [13]
Практическое влияние на макроскопическую физику низких энергий
[ редактировать ]
п
). Такие распады помогают в изучении и поиске глюболов. [15]
Поскольку глюболы Стандартной модели настолько эфемерны (почти сразу же распадаются на более стабильные продукты распада) и генерируются только в физике высоких энергий, глюболы возникают только синтетически в естественных условиях, существующих на Земле, которые люди могут легко наблюдать. Они примечательны с научной точки зрения главным образом потому, что представляют собой проверяемое предсказание Стандартной модели, а не из-за феноменологического воздействия на макроскопические процессы или их инженерные приложения.
Решетчатое моделирование КХД
[ редактировать ]Решетчатая КХД дает возможность изучить спектр глюбола теоретически и на основе первых принципов. Одними из первых величин, рассчитанных с использованием методов решеточной КХД (в 1980 году), были оценки массы глюбола. [16] Морнингстар и Пирдон [17] в 1999 году вычислил массы легчайших глюболов в КХД без динамических кварков. Три самых низких штата представлены в таблице ниже. Присутствие динамических кварков немного изменило бы эти данные, но также усложнило бы вычисления. С тех пор расчеты в рамках КХД (правила решетки и сумм) показывают, что самый легкий глюбол представляет собой скаляр с массой в диапазоне около 1000–1700 МэВ/ с. 2 . [5] Предсказания решетки для скалярных и псевдоскалярных глюболов, включая их возбуждения, были подтверждены уравнениями Дайсона-Швингера/Бете-Солпитера в теории Янга-Миллса . [18]
| Дж ПК | масса |
|---|---|
| 0 ++ | 1730 ± 80 МэВ/ c 2 |
| 2 ++ | 2400 ± 120 МэВ/ c 2 |
| 0 −+ | 2590 ± 130 МэВ/ c 2 |
Экспериментальные кандидаты
[ редактировать ]Эксперименты на ускорителях частиц часто позволяют идентифицировать нестабильные составные частицы и присвоить этим частицам массы с точностью примерно 10 МэВ/ с. 2 , не имея возможности сразу приписать наблюдаемому резонансу частицы все свойства этой частицы. Было обнаружено множество таких частиц, хотя частицы, обнаруженные в некоторых экспериментах, но не в других, можно рассматривать как сомнительные.
Многие из этих кандидатов были объектом активного расследования на протяжении как минимум восемнадцати лет. [13] Эксперимент GlueX был специально разработан для получения более точных экспериментальных доказательств существования глюболов. [19]
Некоторые из резонансов частиц-кандидатов, которые могут быть глюболами, хотя доказательства не являются окончательными, включают следующее:
Векторные, псевдовекторные или тензорные кандидаты в глюболы
[ редактировать ]- X(3020), наблюдаемый коллаборацией BaBar , является кандидатом на возбужденное состояние J ПК = 2 −+ , 1 +− или 1 −− глюбольные состояния с массой около 3,02 ГэВ/ с. 2 . [7]
Кандидаты на скалярный глюбол
[ редактировать ]- f 0 (500), также известный как σ – свойства этой частицы, возможно, соответствуют глюболу массы 1000 МэВ/ с. 2 или 1500 МэВ/ c 2 . [5]
- f 0 (980) – структура этой составной частицы согласуется с существованием легкого глюбола. [5]
- f 0 (1370) – существование этого резонанса оспаривается, но является кандидатом на состояние смешивания глюбола и мезона. [5]
- f 0 (1500) – существование этого резонанса неоспоримо, но его статус как состояния смешения глюбола и мезона или чистого глюбола точно не установлен. [5]
- f 0 (1710) – существование этого резонанса не подлежит сомнению, но его статус как состояния смешения глюбола с мезонами или чистого глюбола точно не установлен. [5]
Другие кандидаты
[ редактировать ]- Глюонные струи в эксперименте LEP показывают превышение на 40% теоретических ожиданий относительно электромагнитно нейтральных кластеров, что предполагает, что электромагнитно нейтральные частицы, ожидаемые в средах, богатых глюонами, таких как глюболы, вероятно, будут присутствовать. [5]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Клоуз, Фрэнк; Пейдж, Филип Р. (ноябрь 1998 г.). «Глюболы». Научный американец . 279 (5): 80–85. Бибкод : 1998SciAm.279e..80C . doi : 10.1038/scientificamerican1198-80 . JSTOR 26058158 .
- ^ Матье, Винсент; Кочелев, Николай; Венто, Висенте (2009). «Физика глюболов». Международный журнал современной физики Э. 18 (1): 1–49. arXiv : 0810.4453 . Бибкод : 2009IJMPE..18....1M . дои : 10.1142/S0218301309012124 . S2CID 119229404 .
- ^ Глюболл на arxiv.org
- ^ Шуряк, Е. (2021). «Глава 9». Непертурбативные топологические явления в КХД и родственных теориях . Спрингер. п. 233. ИСБН 978-3030629892 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Окс, Вольфганг (2013). «Состояние глюболов». Журнал физики Г. 40 (4): 043001. arXiv : 1301.5183 . Бибкод : 2013JPhG...40d3001O . дои : 10.1088/0954-3899/40/4/043001 . S2CID 73696704 .
- ^ Брюннер, Фредерик; Ребхан, Антон (21 сентября 2015 г.). «Нехиральное усиление скалярного распада глюбола в модели Виттена – Сакаи – Сугимото». Письма о физических отзывах . 115 (13): 131601. arXiv : 1504.05815 . Бибкод : 2015PhRvL.115m1601B . doi : 10.1103/PhysRevLett.115.131601 . ПМИД 26451541 . S2CID 14043746 .
- ^ Jump up to: а б Сяо, ЮК; Гэн, CQ (2013). «Идентификация глюбола при энергии 3,02 ГэВ в барионных B-распадах». Буквы по физике Б. 727 (1–3): 168–171. arXiv : 1302.3331 . Бибкод : 2013PhLB..727..168H . дои : 10.1016/j.physletb.2013.10.008 . S2CID 119235634 .
- ^ сотрудничество D0; ТОТЕМ Сотрудничество; Абазов В.М.; Эбботт, Б.; Ачарья, Б.С.; Адамс, М.; Адамс, Т.; Агнью, JP; Алексеев, Г.Д.; Алхазов Г.; Альтон, А. (04 августа 2021 г.). «Обмен оддероном на основе различий в упругом рассеянии между pp и pp данными при 1,96 ТэВ и измерениями pp прямого рассеяния». Письма о физических отзывах . 127 (6): 062003. arXiv : 2012.03981 . doi : 10.1103/PhysRevLett.127.062003 . hdl : 10138/333366 . ПМИД 34420329 . S2CID 237267938 .
- ^ Чалмерс, Мэтью (9 марта 2021 г.). «Оддерон обнаружен» . ЦЕРН Курьер . Проверено 13 апреля 2021 г.
- ^ Чорго, Т.; Новак, Т.; Стер, А.; Саньи, И. (23 февраля 2021 г.). «Доказательства оддеронного обмена на основе масштабирующих свойств упругого рассеяния при энергиях ТэВ» . Европейский физический журнал C . 81 (180). Springer Nature Switzerland AG.: 180. arXiv : 1912.11968 . Бибкод : 2021EPJC...81..180C . doi : 10.1140/epjc/s10052-021-08867-6 . ISSN 1434-6052 .
- ^ Абликим, М.; и др. (Сотрудничество BESIII) (май 2024 г.). «Определение квантовых чисел спиновой четности X (2370) как 0 −+ из J/ψ → γK 0
С К 0
η'». Physical Review Letters . 132 (18): 181901. arXiv : 2312.05324 . doi : 10.1103/PhysRevLett.132.181901 . - ^ «Наконец-то новая частица! Физики обнаружили первый «глюбол» » . Большое Думай . 07.05.2024 . Проверено 8 мая 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с Таки, Уолтер (1996). «В поисках глюболов» (PDF) . Стэнфордский линейный ускоритель . Стэнфордский университет .
- ^ Эшраим, Валаа И.; Яновский, Станислав (2013). «Коэффициенты ветвления псевдоскалярного глюбола с массой 2,6 ГэВ». arXiv : 1301.3345 [ геп-ф ].
- ^ Коэн, Томас; Льянес-Эстрада, Фелипе Ж.; Пелаес-младший; Руис Де Эльвира, Дж. (2014). «Необычные легкие мезонные связи и расширение 1/N c ». Физический обзор D . 90 (3): 036003. arXiv : 1405.4831 . Бибкод : 2014PhRvD..90c6003C . дои : 10.1103/PhysRevD.90.036003 . S2CID 53313057 .
- ^ Берг, Б. (1980). «Корреляции плакет-плакет в калибровочной теории решетки SU (2)». Буквы по физике Б. 97 (3–4): 401–404. Бибкод : 1980PhLB...97..401B . дои : 10.1016/0370-2693(80)90628-0 .
- ^ Морнингстар, Колин Дж.; Пирдон, Майк (1999). «Спект Глюбола из исследования анизотропной решетки». Физический обзор D . 60 (3): 034509. arXiv : hep-lat/9901004 . Бибкод : 1999PhRvD..60c4509M . дои : 10.1103/PhysRevD.60.034509 . S2CID 18787544 .
- ^ Хубер, Маркус К.; Фишер, Кристиан С.; Санчис-Алепуз, Гелиос (2020). «Спектр скалярных и псевдоскалярных глюболов из функциональных методов». Европейский физический журнал C . 80 (11): 1077. arXiv : 2004.00415 . Бибкод : 2020EPJC...80.1077H . doi : 10.1140/epjc/s10052-020-08649-6 . ПМИД 33239962 .
- ^ «Физика GlueX» . Архивировано из оригинала 22 февраля 2020 г. Проверено 7 мая 2015 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
