Здравствуйте, дорогие мои читатели!
Этот месяц - время праздновать новые достижения . ЦЕРН только что объявил об открытии четырёх совершенно новых частиц на Большом адронном коллайдере (БАК) в Женеве. Это означает, что БАК теперь обнаружил в общей сложности 59 новых частиц с тех пор, как он начал сталкивать протоны - частицы, которые составляют атомное ядро с нейтронами – в 2009 году. Любопытно, что хотя некоторые из этих новых частиц ожидались на основе наших устоявшихся теорий, некоторые были ещё более удивительными.
Цель БАК состоит в том, чтобы исследовать структуру материи на самых коротких расстояниях и самых высоких энергиях, когда – либо исследованных в лаборатории, проверяя нашу нынешнюю лучшую теорию: Стандартную модель физики элементарных частиц . И БАК принёс свои плоды – например, он позволил учёным открыть бозон Хиггса , последний недостающий элемент модели. Тем не менее, теория все ещё далека от полного понимания.
Одна из его самых неприятных особенностей-это описание сильного взаимодействия, которое удерживает атомное ядро вместе. Ядро состоит из протонов и нейтронов, которые, в свою очередь, состоят из трёх крошечных частиц, называемых кварками (есть шесть различных видов кварков: верхний, нижний, странный, очарованный, прекрасный, t или truth – кварк). Если бы мы на секунду выключили сильное взаимодействие, вся материя немедленно распалась бы на суп из рыхлых кварков – состояние, которое существовало в течение мимолётного мгновения в начале Вселенной.
Теория сильного взаимодействия, претенциозно называемая “квантовой хромодинамикой ”, стоит на очень прочном фундаменте. Она описывает, как кварки взаимодействуют через сильное взаимодействие, обмениваясь частицами, называемыми глюонами. Глюоны можно рассматривать как аналоги более привычного фотона, частицы света и носителя электромагнитной силы.
Однако то, как глюоны взаимодействуют с кварками, заставляет сильное взаимодействие вести себя совсем не так, как электромагнетизм. В то время как электромагнитная сила становится слабее, когда вы разделяете две заряженные частицы, сильная сила на самом деле становится сильнее, когда вы разделяете два кварка. В результате кварки навсегда заперты внутри частиц, называемых адронами – частиц, состоящих из двух или более кварков, включая протоны и нейтроны. Если, конечно, вы не раскроете их с невероятной скоростью, как это делают в ЦЕРНе.
Чтобы ещё больше усложнить дело, все частицы в стандартной модели имеют античастицы , которые почти идентичны самим себе, но с противоположным зарядом (или другим квантовым свойством). Если вы вытащите кварк из протона, сила в конечном итоге будет достаточно большой, чтобы создать пару кварк-антикварк, причём вновь созданный кварк войдёт в протон. Вы получаете Протон и совершенно новый “Мезон”, частицу, состоящую из кварка и антикварка. Это может показаться странным, но согласно квантовой механике, которая управляет Вселенной в мельчайших масштабах, частицы могут выскакивать из пустого пространства.
Это неоднократно доказывалось экспериментами – никогда не обнаруживалось одинокого кварка. Неприятная особенность теории сильного взаимодействия состоит в том, что расчёты того, что было бы простым процессом в электромагнетизме, могут оказаться невероятно сложными. Поэтому пока невозможно теоретически доказать, что кварки не могут существовать сами по себе. Хуже того, не получается рассчитать, какие комбинации кварков были бы жизнеспособны в природе, а какие-нет.
Когда кварки были впервые открыты, учёные поняли, что теоретически возможны несколько комбинаций. Это включало пары кварков и антикварков (мезоны); три кварка (барионы); три антикварка (антибарионы); два кварка и два антикварка (тетракварки); и четыре кварка и один антикварк (пентакварки) – до тех пор, пока число кварков минус антикварки в каждой комбинации было кратно трём.Долгое время в экспериментах наблюдались только барионы и мезоны. Но в 2003 году эксперимент Belle в Японии обнаружил частицу , которая никуда не вписывалась. Он оказался первым из длинной серии тетракварков. В 2015 году эксперимент LHCb на БАКе обнаружил два пентакварка . Четыре новые частицы, которые недавно были обнаружены, - это все тетракварки с парой очаровательных кварков и двумя другими кварками. Все эти объекты являются частицами точно так же, как протон и нейтрон являются частицами. Но они не являются фундаментальными частицами: кварки и электроны являются истинными строительными блоками материи.Очаровательные новые частицы
БАК открыл 59 новых адронов. К ним относятся недавно открытые тетракварки, а также новые мезоны и барионы. Все эти новые частицы содержат тяжёлые кварки, такие как " очарование” и “дно”.Эти адроны интересно изучать. Они говорят нам, что природа считает приемлемым в качестве связанной комбинации кварков, даже если только на очень короткое время. Они также говорят нам, что природа не любит. Например, почему все тетра-и пентакварки содержат пару Шарм-кварк (за одним исключением)? И почему нет соответствующих частиц с парами странных кварков? В настоящее время нет никаких объяснений.Ещё одна загадка заключается в том, как эти частицы связаны между собой сильным взаимодействием. Одна школа теоретиков считает их компактными объектами, такими как протон или нейтрон. Другие утверждают, что они сродни “молекулам”, образованным двумя слабо связанными адронами. Каждый вновь найденный адрон позволяет экспериментам измерить его массу и другие свойства, которые говорят нам что-то о том, как ведёт себя сильное взаимодействие. Это помогает преодолеть разрыв между экспериментом и теорией. Чем больше адронов будет найдено, тем лучше будут настроены модели на экспериментальные факты.Эти модели имеют решающее значение для достижения конечной цели БАК: найти физику за пределами Стандартной модели. Несмотря на свои успехи, стандартная модель, безусловно, не является последним словом в понимании частиц. Это, например, несовместимо с космологическими моделями , описывающими формирование Вселенной.БАК ищет новые фундаментальные частицы, которые могли бы объяснить эти расхождения. Эти частицы могут быть видны на БАКе, но скрыты на фоне взаимодействия частиц. Или же они могут проявляться в виде небольших квантово-механических эффектов в известных процессах. В любом случае, чтобы найти их, необходимо более глубокое понимание сильного взаимодействия.С каждым новым адроном совершенствуются наши знания о законах природы, приводя нас к лучшему описанию самых фундаментальных свойств материи.Друзья!Если Вам интересно узнавать новое подписывайтесь!Комментируйте!Ставьте лайк, если понравилось!
