tutkimus

LHC: ssä löydettiin eksoottisia hiukkasia viidestä kvarkista

Kaikki mitä näet ympärilläsi onelementaariset hiukkaset - kvarkit ja leptonit, jotka voidaan yhdistää suurempien hiukkasten, kuten protonien tai atomien, muodostumiseen. Mutta tämä ei rajoitu: nämä subatomiset hiukkaset voidaan myös liittää eksoottiseen tapaan, jota emme ole koskaan nähneet. CERN LHCb -yhteistyö on ilmoittanut löytävänsä uusia hiukkasia, joita kutsutaan pentaquarksiksi. Heidän työnsä tulokset voivat auttaa meitä löytämään monia kvarkiteorian salaisuuksia, jotka ovat vakiomallin tärkein osa.

LHC: ssä he löysivät pentaquarks: mitä se on?

Quarkeja ehdotettiin ensin selityksiin.kosmisen säteilyn uusien partikkeleiden kummallisuudet ja koettimien kokeilut 20-luvun puolivälissä. Tämä kasvava "eläintarha" ilmeisesti perustavanlaatuiset hiukkaset aiheuttivat sekaannusta fyysikkojen riveissä, jotka rakastavat yksinkertaisuutta ja järjestystä - eivätkä todellakaan halua tuottaa perusperiaatteita. Kuuluisa italialainen fyysikko Enrico Fermi huomasi kollegoidensa tunnelman ja sanoi seuraavaa: ”Nuori mies, jos voisin muistaa kaikkien näiden hiukkasten nimet, olisin nerdi.”

Onneksi 1960-luvulla amerikkalainen fyysikkoMurray Gell-Mann havaitsi kuvioita hiukkasten eläintarhassa, samankaltainen kuin Dmitri Mendeleev, joka koostuu jaksollisesta taulukosta kemiallisista elementeistä. Aivan kuten kausittainen taulukko viittaa siihen, että on olemassa asioita, jotka ovat pienempiä kuin atomit, Gell-Man-teoria viittaa siihen, että on olemassa uusi perusluokka. Hiukkasfyysikot pystyivät viime kädessä selittämään, että eläintarhassa olevat sadat hiukkaset koostuvat paljon pienemmästä määrästä todella perustavia hiukkasia, joita kutsutaan kvarkeiksi.

Salaperäinen Hadronit

Standardimallissa on kuusi tyyppistä kvarkkia -alempi, ylempi, outo, lumottu, kaunis ja totta. Heillä on myös satelliitteja antimateriaalina - uskotaan, että jokaisella hiukkasella on melkein samanlainen antimateriaaliversio, mutta vastakkaisella varauksella. Quarkit ja antiquarks yhdistetään partikkeleihin, joita kutsutaan hadroneiksi.

Gell-Mann-mallin mukaan on kaksi leveääHadron-luokka. Yksi hiukkasista koostuu kolmesta kvarkista - baryoneista (jotka sisältävät protoneja ja neutroneja, jotka muodostavat atomit) - ja muita hiukkasia, jotka koostuvat kvarkista ja antiquarkista eli mesoneista.

Viime aikoihin asti baryonit ja mesonit olivatainoat kokeilemalla havaitut hadronien tyypit. Mutta 1960-luvulla Gell-Mann päätti myös eksoottisempien kvarkkikohteiden, kuten tetraquarkkien (kaksi kvarkkia ja kaksi antiquarkia) ja pentaquarkkien (neljä kvarkia ja yksi antiquark), mahdollisuudesta.

Vuonna 2014 LHCb, jossa yksi neljästäCERN: n Large Hadron Colliderin jättiläinen kokeilu julkaisi tulokset, jotka osoittivat, että hiukkanen Z (4430) + oli tetraquark. Tämä tuotti kiinnostuksen virran uusiin eksoottisiin hadroneihin. Sitten vuonna 2015 LHCb ilmoitti löytävänsä ensimmäisen pentaquarkin, joka lisäsi kokonaan uuden luokan hiukkasia hadronien perheeseen.

LHCb: n tänään esittämät tuloksetlaajentaa pentaquarkkien ensimmäisen löydön jälkeen havaitsemalla lisää tällaisia ​​hiukkasia. Tämä mahdollistettiin suurten Hadron Colliderin toisen käynnistyksen aikana tallennettujen uusien tietojen ansiosta. Pekingin Tsinghuan yliopiston professori Lyming Zhang ja yksi mittauksia suorittaneista fyysikoista kertoo, että "meillä on nyt kymmenen kertaa enemmän tietoja kuin vuonna 2015, jolloin voimme nähdä entistä kiinnostavampia ja ohuempia rakenteita." Kun Leaming ja hänen kollegansa tutkivat vuonna 2015 löydettyä alkuperäistä pentaquarkia, he olivat yllättyneitä siitä, että se oli jaettu kahteen osaan. Alkuperäinen pentaquark koostui kahdesta erillisestä pentaquarkhiukkasesta, joiden massat olivat niin samankaltaisia, että ne otettiin yhdeksi hiukkaseksi.

Mutta kaksi pentaquarkia yhden hinnan takia ei olekaikki mielenkiintoiset uutiset. LHCb löysi myös kolmannen pentaquarkin, jonka massa oli pienempi kuin kaksi ensimmäistä. Kaikki kolme pentaquaria koostuvat yhdestä alemmasta kvarkista, kahdesta ylemmästä, lumoutuneesta kvarkista ja lumotusta antiquarkista.

Suuri kysymys on: Mikä on näiden pentaquarkkien tarkka rakenne? Yksi vaihtoehdoista on, että ne todella koostuvat viidestä kvarkista, jotka sekoitetaan tasaisesti yhteen hadroniin. Toinen mahdollisuus on, että pentaquarkit ovat itse asiassa baryonia ja mesonia, jotka tarttuvat yhteen muodostaen heikosti sitoutuneen molekyylin, aivan kuten protonit ja neutronit sidotaan yhteen atomin ytimen sisällä.

Tomash Skvarnitsky, fysiikan professori SyracusessaNew Yorkin yliopisto, joka toimi myös mittauksen parissa, sanoi, että uudella valtiolla on "massa, joka antaa vihjeitä pentaquarkkien sisäisestä rakenteesta." Todennäköisin vaihtoehto on, että nämä pentaquarks ovat baryon-mesonimolekyylejä, hän lisää. Ollakseen täysin varma, fyysikoiden on suoritettava lisäkokeita ja kehitettävä teoria. Tämä tarkoittaa, että pentaquarkkien historia on kaukana täydellisestä.

Nämä tulokset vievät uskomattoman viikonLHCb-mainokset, mukaan lukien uudenlaisen aineen ja antimateriaalin epäsymmetrian löytäminen. LHC ei ole vielä havainnut mitään hiukkasia, jotka ylittävät standardimallin, mikä voisi auttaa selittämään arvoituksia, kuten pimeää ainetta, näkymätöntä ja tuntematonta ainetta, joka muodostaa suurimman osan maailmankaikkeudesta.

Nämä jännittävät mittaukset osoittavat kuitenkinstandardimallin hiukkasista ja voimista on vielä paljon opittavaa. Ehkä meidän paras mahdollisuus löytää vastauksia perusfysiikan suuriin kysymyksiin on tarkempi selvitys jo tiedämme olevista hiukkasista eikä uusien löytämisestä. Joka tapauksessa paljon on vielä löydettävissä.

Mitä luulet löytää? Kerro meille keskusteluissamme.

Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!