✖


Jump to content

Пентакварк

Две модели общего пентакварка
Пятикварковый «мешочек»
«Молекула мезон-барион»
q q указывает на кварк а , на антикварк . Глюоны (волнистые линии) обеспечивают сильные взаимодействия между кварками. красного, зеленого и синего цветов, а остальные кварк и антикварк должны иметь общий цвет и его антицвет, в этом примере синий и антисиний (показаны желтым). заряды Должны присутствовать

Пентакварк субатомная — это созданная человеком частица , состоящая из четырех кварков и одного антикварка, связанных вместе ; неизвестно, что они возникают в природе или существуют вне экспериментов, специально проведенных для их создания.

Поскольку кварки имеют барионное число + + 1 / 3 и антикварки − + 1/3 будет , , пентакварк будет иметь общее барионное число 1 и, таким образом барионом . Кроме того, поскольку он имеет пять кварков вместо обычных трех, обнаруженных в обычных барионах ( также известных как «трикварки»), он классифицируется как экзотический барион . Название пентакварк было придумано Клодом Жинью и др. (1987) [1] и Гарри Дж. Липкин в 1987 году; [2] однако возможность существования пятикварковых частиц была выявлена ​​еще в 1964 году, когда Мюррей Гелл-Манн впервые постулировал существование кварков . [3] Хотя пентакварки предсказывали на протяжении десятилетий, их оказалось на удивление трудно обнаружить, и некоторые физики начали подозревать, что неизвестный закон природы препятствует их образованию. [4]

Первое заявление об открытии пентакварка было зарегистрировано в LEPS в Японии в 2003 году, а в нескольких экспериментах середины 2000-х годов также сообщалось об открытии других состояний пентакварка. [5] Однако другие исследователи не смогли повторить результаты LEPS, а другие открытия пентакварков не были приняты из-за плохих данных и статистического анализа. [6] 13 июля 2015 года коллаборация LHCb в ЦЕРН сообщила о результатах, согласующихся с состояниями пентакварка в распаде нижних лямбда-барионов ( Λ 0
б ). [7] 26 марта 2019 года коллаборация LHCb объявила об открытии нового пентакварка, ранее не наблюдавшегося. [8] 5 июля 2022 года коллаборация LHCb объявила об открытии P л
ψs (4338) 0 [а] пентакварк. [9]

За пределами лабораторий по исследованию элементарных частиц пентакварки могут образовываться естественным путем в процессах, которые приводят к образованию нейтронных звезд . [10]

Предыстория [ править ]

Основная статья: Кварк

Кварк — это тип элементарной частицы , которая имеет массу , электрический заряд и цветовой заряд , а также дополнительное свойство, называемое ароматом , которое описывает, какой это тип кварка (верхний, нижний, странный, очаровательный, верхний или нижний). . Из-за эффекта, известного как ограничение цвета , кварки никогда не наблюдаются сами по себе. Вместо этого они образуют составные частицы, известные как адроны, так что их цветные заряды компенсируются. Адроны, состоящие из одного кварка и одного антикварка, известны как мезоны , а те, которые состоят из трех кварков, известны как барионы . Эти «обычные» адроны хорошо документированы и охарактеризованы; однако теоретически нет ничего, что могло бы помешать кваркам образовывать «экзотические» адроны , такие как тетракварки с двумя кварками и двумя антикварками или пентакварки с четырьмя кварками и одним антикварком. [4]

Структура [ править ]

пять кругов, расположенных по часовой стрелке: синий кружок с пометкой «c», желтый (антисиний) кружок с пометкой «c» с зачеркиванием, зеленый кружок с пометкой «u», синий кружок с пометкой «d» и красный кружок с пометкой «u».
Схема П +
Пентакварк типа c , возможно, обнаруженный в июле 2015 года, демонстрирует ароматы каждого кварка и одну возможную цветовую конфигурацию.

Возможны самые разнообразные пентакварки, причем разные комбинации кварков производят разные частицы. Чтобы определить, какие кварки составляют данный пентакварк, физики используют обозначение qqqq q , где q и q соответственно относятся к любому из шести разновидностей кварков и антикварков. Символы u, d, s, c, b и t обозначают верхний , нижний , странный , очаровательный , нижний и верхний кварки соответственно, а символы u , d , s , c , b , t соответствуют кваркам. соответствующие антикварки. Например, пентакварк, состоящий из двух верхних кварков, одного нижнего кварка, одного очарованного кварка и одного очарованного антикварка, будет обозначаться uudc c .

Кварки связаны между собой сильной силой , которая действует таким образом, что нейтрализует цветные заряды внутри частицы. В мезоне это означает, что кварк сотрудничает с антикварком с противоположным цветовым зарядом (например, синим и антисиним), тогда как в барионе три кварка имеют между собой все три цветных заряда — красный, синий и зеленый. [б] В пентакварке цвета также должны взаимоуничтожаться, и единственная возможная комбинация — это иметь один кварк одного цвета (например, красного), один кварк второго цвета (например, зеленого), два кварка третьего цвета (например, синего). ) и один антикварк для нейтрализации избыточного цвета (например, антисиний). [11]

Механизм связывания пентакварков пока неясен. Они могут состоять из пяти тесно связанных друг с другом кварков, но возможно также, что они связаны более слабо и состоят из трехкваркового бариона и двухкваркового мезона, относительно слабо взаимодействующих друг с другом посредством пионного обмена (та же сила, которая связывает атомные ядра ) в «мезон-барионной молекуле». [3] [12] [13]

История [ править ]

Середина 2000-х [ править ]

Требование включения антикварка означает, что многие классы пентакварков трудно идентифицировать экспериментально - если аромат антикварка совпадает с ароматом любого другого кварка в квинтуплете, он уравновесится, и частица будет напоминать своего трехкваркового адронного кузена. . По этой причине ранние поиски пентакварков искали частицы, в которых антикварк не нейтрализовался. [11] В середине 2000-х годов несколько экспериментов утверждали, что обнаружили состояния пентакварка. В частности, резонанс с массой 1540 / МэВ c 2 (4,6 σ ) было сообщено LEPS в 2003 г.,
че +
. [14] Это совпало с состоянием пентакварка с массой 1530 МэВ/ с. 2 предсказано в 1997 году. [15]

Предполагаемое состояние состояло из двух верхних кварков , двух нижних кварков и одного странного антикварка (uudd s ). После этого объявления девять других независимых экспериментов сообщили о наблюдении узких пиков от
н

К +
и
п

К 0
, с массой от 1522 МэВ/ c 2 и 1555 МэВ/ c 2 , все выше 4 σ. [14] Хотя существовали опасения по поводу достоверности этих состояний, Группа данных о частицах дала
че +
рейтинг 3 звезды (из 4) в Обзоре физики элементарных частиц за 2004 год . [14] Сообщалось о двух других состояниях пентакварка, хотя и с низкой статистической значимостью.
Ф −−
(ddss u ), массой 1860 МэВ/ c 2 и
че 0
c (uudd c ), с массой 3099 МэВ/ c 2 . Позже было обнаружено, что оба эффекта являются статистическими эффектами, а не настоящими резонансами. [14]

Затем десять экспериментов искали
че +
, но вышел с пустыми руками. [14] В частности, два эксперимента (один в BELLE , а другой в CLAS ) имели почти такие же условия, как и другие эксперименты, в которых утверждалось, что они обнаружили
че +
( ДИАНА и САПФИР соответственно). [14] 2006 года Обзор физики элементарных частиц пришел к выводу: [14]

[T]здесь не было высокостатистического подтверждения ни одного из первоначальных экспериментов, которые утверждали, что видели
че +
; было два повторения с высокой статистикой из лаборатории Джефферсона , которые ясно показали, что первоначальные положительные утверждения в этих двух случаях были ошибочными; был проведен ряд других экспериментов с высокой статистикой, ни один из которых не нашел никаких доказательств существования
че +
; и все попытки подтвердить два других заявленных состояния пентакварка привели к отрицательным результатам. Вывод о том, что пентакварки вообще и
че +
, в частности, не существуют, кажется убедительным.

2008 года Обзор физики элементарных частиц пошел еще дальше: [6]

Есть два или три недавних эксперимента, которые находят слабые доказательства существования сигналов вблизи номинальных масс, но просто нет смысла сводить их в таблицу ввиду неопровержимых доказательств того, что заявленные пентакварки не существуют... Вся история - сами открытия , последовавшая за этим волна статей теоретиков и феноменологов и возможное «неоткрытие» — любопытный эпизод в истории науки.

Несмотря на эти нулевые результаты , результаты LEPS продолжали демонстрировать существование узкого состояния с массой 1524 ± 4 МэВ/ с. 2 , со статистической значимостью 5,1 σ. [16]

Однако позже выяснилось, что это «открытие» произошло из-за ошибочной методологии .

LHCb за Результаты 2015 год

Диаграмма Фейнмана, изображающая распад лямбда-бариона Λ 0
b в каон K −
и пентакварк P +
в .

В июле 2015 года коллаборация LHCb в ЦЕРН обнаружила пентакварки в Λ 0
б → Дж/ψK −
p- канал, который представляет распад нижнего лямбда-бариона (Λ 0
б ) в J/ψ-мезон (J/ψ) , каон (K −
) и протон (p). Результаты показали, что иногда вместо распада через промежуточные лямбда -состояния Λ 0
b распался через промежуточные состояния пентакварка. Два государства, названные P +
в (4380) и П +
c (4450) имели индивидуальную статистическую значимость 9 σ и 12 σ соответственно, а совокупную значимость 15 σ – достаточно, чтобы заявить об официальном открытии. Анализ исключил возможность того, что эффект был вызван обычными частицами. [3] Оба состояния пентакварка наблюдались как сильно распадающиеся до J/ψp , следовательно, они должны иметь содержание валентных кварков, состоящее из двух верхних кварков , нижнего кварка , очарованного кварка и антиочаровательного кварка (
в

в

д

с

с
), что делает их чармониями -пентакварками. [7] [10] [17]

Поиск пентакварков не был целью эксперимента LHCb (который в первую очередь предназначен для исследования асимметрии материи-антиматерии ). [18] а очевидное открытие пентакварков было описано координатором эксперимента по физике как «случайность» и «то, на что мы наткнулись». [12]

Исследования пентакварков в других экспериментах [ править ]

Аппроксимация J/ψp -инвариантного спектра масс для Λ 0
б → Дж/ψK −
p- распад, где каждый подходящий компонент показан индивидуально. Вклад пентакварков показан заштрихованными гистограммами .

Рождение пентакварков в результате электрослабых распадов Λ 0
b- барионы имеют чрезвычайно малое сечение и дают очень ограниченную информацию о внутренней структуре пентакварков. По этой причине существует несколько текущих и предлагаемых инициатив по изучению производства пентакварков по другим каналам.

Ожидается, что пентакварки будут изучаться в электрон-протонных столкновениях в зале B E12-12-001A. [19] и зал C E2-16-007 [20] эксперименты в JLab . Основной проблемой в этих исследованиях является тяжелая масса пентакварка, которая будет образовываться в хвосте фотонно-протонного спектра в кинематике JLab. По этой причине неизвестные в настоящее время доли ветвления пентакварка должны быть достаточно большими, чтобы можно было обнаружить пентакварк в кинематике JLab. Предлагаемый электрон-ионный коллайдер , имеющий более высокие энергии, гораздо лучше подходит для этой задачи.

Интересный канал для изучения пентакварков в протон-ядерных столкновениях был предложен Шмидтом и Сиддиковым (2016). [21] Этот процесс имеет большое сечение из-за отсутствия электрослабых посредников и дает доступ к волновой функции пентакварка. В экспериментах с фиксированной мишенью пентакварки будут рождаться с небольшой скоростью в лабораторных условиях и их будет легко обнаружить.Кроме того, если существуют нейтральные пентакварки, как предполагают некоторые модели, основанные на ароматной симметрии, они также могут образовываться по этому механизму. Этот процесс может быть изучен в будущих экспериментах с высокой светимостью, таких как After@LHC. [22] и НИКА. [23]

LHCb за Результаты 2019 год

26 марта 2019 года коллаборация LHCb объявила об открытии нового пентакварка на основе наблюдений, преодолевших порог 5 сигм, с использованием набора данных, который во много раз превышал набор данных 2015 года. [8]

Обозначенный ПК ( 4312) + (П с + идентифицирует чармоний-пентакварк, а число в скобках указывает на массу около 4312 МэВ), пентакварк распадается на протон и J/ψ-мезон. Анализ дополнительно показал, что ранее опубликованные наблюдения P c (4450) + пентакварки на самом деле представляли собой среднее значение двух разных резонансов, обозначенных P c (4440). + и Р c (4457) + . Понимание этого потребует дальнейшего изучения.

LHCb за Результаты 2022 год

5 июля 2022 года коллаборация LHCb объявила об открытии еще одного нового пентакварка, [24] со значимостью 15 сигм. Обозначается P ψs л (4338) 0 , его состав описывается как udsc c , что представляет собой первый подтвержденный пентакварк, содержащий странный кварк. [25]

Приложения [ править ]

Цветные трубки потока, создаваемые пятью статическими кварковыми и антикварковыми зарядами, рассчитанными в решеточной КХД . [26] Удержание в квантовой хромодинамике приводит к созданию трубок потока, соединяющих цветные заряды. Трубки потока действуют как притягивающие потенциалы, подобные струнам КХД .

Открытие пентакварков позволит физикам изучить сильное взаимодействие более детально и поможет понять квантовую хромодинамику . Кроме того, современные теории предполагают, что некоторые очень большие звезды при коллапсе производят пентакварки. Изучение пентакварков может помочь пролить свет на физику нейтронных звезд . [10]

См. также [ править ]

Сноски [ править ]

  1. ^ Число в скобках представляет собой расчетную массу частицы, измеренную в МэВ.
  2. ^ Цветовые заряды не соответствуют физически видимым цветам. Это произвольные обозначения, которые помогают ученым описывать и визуализировать заряды кварков.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Жиньу, К.; Сильвестр-Брак, Б.; Ричард, Дж. М. (16 июля 1987 г.). «Возможность стабильных мультикварковых барионов». Буквы по физике Б. 193 (2): 323–326. Бибкод : 1987PhLB..193..323G . дои : 10.1016/0370-2693(87)91244-5 .
  2. ^ Липкин, HJ (1987). «Новые возможности для экзотических адронов — антиочарованных странных барионов». Буквы по физике Б. 195 (3): 484–488. Бибкод : 1987PhLB..195..484L . дои : 10.1016/0370-2693(87)90055-4 .
  3. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с «Наблюдение частиц, состоящих из пяти кварков, состояний пентакварка-чармония, видимых в Λ 0
    б     → Дж/ψpK − распадается»     . LHCb (Пресс-релиз). ЦЕРН . 14 июля 2015 г. Проверено 14 июля 2015 г.
  4. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Мьюир, Х. (2 июля 2003 г.). «Открытие пентакварка сбивает с толку скептиков» . Новый учёный . Проверено 8 января 2010 г.
  5. ^ Хикс, К. (23 июля 2003 г.). «Физики нашли доказательства существования экзотического бариона» . Университет Огайо . Архивировано из оригинала 8 сентября 2016 года . Проверено 8 января 2010 г.
  6. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б См. стр. 1124 дюйма Амслер, К.; и др. ( Группа данных о частицах ) (2008). «Обзор физики элементарных частиц» (PDF) . Буквы по физике Б. 667 (1–5): 1–6. Бибкод : 2008PhLB..667....1A . дои : 10.1016/j.physletb.2008.07.018 . hdl : 1854/LU-685594 . S2CID   227119789 .
  7. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Аайдж, Р.; и др. ( Коллаборация LHCb ) (2015). «Наблюдение резонансов J/ψp, соответствующих состояниям пентакварка в Λ 0
    б     → Дж/ψK − p распадается». Physical Review Letters . 115 (7): 072001. arXiv : 1507.03414 . Bibcode : 2015PhRvL.115g2001A . doi : 10.1103/PhysRevLett.115.072001 . PMID   26317714. . S2CID   119204136 .
  8. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Эксперимент LHCb обнаружил новый пентакварк» . ЦЕРН . 26 марта 2019 г. Проверено 26 апреля 2019 г.
  9. ^ «Наблюдение странного пентакварка, двухзарядного тетракварка и его нейтрального партнера» . 5 июля 2022 г. . Проверено 5 июля 2022 г.
  10. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Образец, И. (14 июля 2015 г.). «Ученые Большого адронного коллайдера открыли новые частицы: пентакварки» . Хранитель . Проверено 14 июля 2015 г.
  11. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Походзалла, Дж. (2005). «Дуэты странных кварков». Адронная физика . ИОС Пресс. п. 268. ИСБН  978-1614990147 .
  12. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Амит, Г. (14 июля 2015 г.). «Открытие пентакварка на БАКе показывает долгожданную новую форму материи» . Новый учёный . Проверено 14 июля 2015 г.
  13. ^ Коэн, Т.Д.; Холер, премьер-министр; Лебедь, РФ (2005). «О существовании тяжелых пентакварков: пределы больших N c и тяжелых кварков и за их пределами». Физический обзор D . 72 (7): 074010. arXiv : hep-ph/0508199 . Бибкод : 2005PhRvD..72g4010C . doi : 10.1103/PhysRevD.72.074010 . S2CID   20988932 .
  14. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г Яо, В.-М.; и др. ( Группа данных о частицах ) (2006). «Обзор физики элементарных частиц:
    че +
    »     (PDF) . Журнал физики G. 33 ( 1): 1–1232. arXiv : astro-ph/0601168 . Бибкод : 2006JPhG...33....1Y . doi : 10.1088/0954-3899/33/ 1/001 .S2CID ​   262936640 .
  15. ^ Дьяконов Д.; Петров В. и Поляков М. (1997). «Экзотический антидекуплет барионов: предсказание на основе киральных солитонов». Zeitschrift für Physik A. 359 (3): 305. arXiv : hep-ph/9703373 . Бибкод : 1997ZPhyA.359..305D . CiteSeerX   10.1.1.44.7282 . дои : 10.1007/s002180050406 . S2CID   2322877 .
  16. ^ Накано, Т.; и др. ( Сотрудничество LEPS ) (2009). «Свидетельства Θ + в области γd→K + К − pn реакция». Physical Review C. 79 ( 2): 025210. arXiv : 0812.1035 . Bibcode : 2009PhRvC..79b5210N . doi : 10.1103/PhysRevC.79.025210 . S2CID   118475729 .
  17. ^ Ринкон, П. (14 июля 2015 г.). «Большой адронный коллайдер обнаружил новую частицу пентакварка» . Новости Би-би-си . Британская радиовещательная корпорация . Проверено 14 июля 2015 г.
  18. ^ «Куда делась вся антиматерия?» . LHCb (Пресс-релиз). ЦЕРН . 2008 год . Проверено 15 июля 2015 г.
  19. ^ «Близкопороговое фоторождение J/psi и исследование пентакварков LHCb с помощью CLAS12» . Национальная лаборатория Джефферсона . Предложения по физическому эксперименту. Е12-12-001А.
  20. ^ «Поиск очарованного «пентакварка» LHCb с использованием фотопроизводства J/Psi на пороге в зале C в лаборатории Джефферсона» . Национальная лаборатория Джефферсона . Предложения по физическому эксперименту. Е2-16-007.
  21. ^ Шмидт, Иван; Сиддиков, Марат (3 мая 2016 г.). «Рождение пентакварков в pA-столкновениях». Физический обзор D . 93 (9): 094005. arXiv : 1601.05621 . Бибкод : 2016PhRvD..93i4005S . дои : 10.1103/PhysRevD.93.094005 . S2CID   119296044 .
  22. ^ «После@LHC» .
  23. ^ «НИКА» .
  24. ^ «Проект Большого адронного коллайдера обнаружил три новые экзотические частицы» . Университет Манчестера. 5 июля 2022 г. Проверено 1 сентября 2023 г.
  25. ^ Аайдж, Р. и еще 1072 человека (17 июля 2023 г.). «Наблюдение J/ψΛ -резонанса, соответствующего странному кандидату в пентакварк в B ‒ → J/ψ Λ p Decays» . Physical Review Letters . 131 (3): 031901–1‒031901–11. arXiv : 2210.10346 . doi : 10.1103/PhysRevLett.131.031901 . PMID   37540878. 25. S2CID   2992880 . {{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  26. ^ Н. Кардозо; М. Кардозо и П. Бикудо (2013). «Цветовые поля статической пентакварковой системы, рассчитанные в КХД на решетке SU (3)». Физический обзор D . 87 (3): 034504. arXiv : 1209.1532 . Бибкод : 2013PhRvD..87c4504C . дои : 10.1103/PhysRevD.87.034504 . S2CID   119268740 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Pentaquark&oldid=1204916326"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: d5cc11101459878e757b72dbe8cff43f__1707377280
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/d5/3f/d5cc11101459878e757b72dbe8cff43f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Pentaquark - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)