Обнаружены первые "молекулы" среди мезонов
Участники коллаборации Belle, объединяющей представителей 11 стран вокруг эксперимента в лаборатории KEK в Японии объявили об открытии новой субатомной частицы, которая получила обозначение X(3872). Само по себе обнаружение новой частицы - не такая уж и редкость, подобных частиц открыто уже больше сотни, однако X(3872) не сообразуется ни с одной из известных схем, описывающих структуру субатомных частиц, и теоретики теперь стоят перед непростой дилеммой: либо вносить существенные поправки в привычную и хорошо себя зарекомендовавшую Стандартную модель элементарных частиц, либо признать, что мы имеем дело с неведомым типом мезона, который содержит четыре кварка - тетракварком. Открытие было подтверждено американскими специалистами из Лаборатории Ферми (Collider Detector at Fermilab - CDF), где новую частицу уже прозвали "mystery meson" - "таинственным мезоном".
Мезоны - частицы, которые состоят из кварка и антикварка, которые скрепляются вместе за счет ядерных сил (или "цветных", иначе говоря, сильных взаимодействий, переносчиками которых являются другие частицы - глюоны). Так как существует шесть различных разновидностей, или "ароматов" кварков - "верхний" (up), "нижний" (down), "странный" (strange), "очарованный" (или "чармированный", charm), "красивый" (beauty или bottom) и "истинный" (truth или top) и шесть соответствующих антикварков, - в природе может в принципе существовать довольно большое количество самых разнообразных мезонов. Мезоны нестабильны, распадаются на другие частицы за доли секунды. Кроме мезонов, из кварков (из троек кварков) составлены еще барионы (в том числе и привычная нам материя - стабильные протоны, нейтроны, более экзотичные антипротоны и т.д.).
То есть получается что-то вроде таблицы Менделеева для частиц:
Пион (пи-мезон) = (u, d-антикварк); заряд = +1
Каон (ка-мезон) = (s, u-антикварк); заряд = -1
J/Psi (J-пси) = (c, c-антикварк); заряд 0
D = (c, u-антикварк); заряд 0
D-античастица = (c-антикварк, u); заряд = 0
Барионы:
Протон = (u, u, d); заряд = +1
Нейтрон = (d, d, u); заряд = 0
Антипротон = (u-антикварк, u-антикварк, d-антикварк); заряд = -1
Тип мезона, составленного из одного "чармированного" (c-кварка) и одного "античармированного" кварка, называют чармонием. Поиск очередного такого чармония, названного "пси-2", и привел к открытию новой частицы.
Группа Belle изучала распад B-мезонов (мезонов, которые содержат "красивый" b-кварк), рождающихся в процессе электрон-позитронных столкновений на B-мезонной фабрике KEKB в Цукубе. Belle - это целый комплекс из очень чувствительных радиационных детекторов, расположенных внутри большого сверхпроводящего электромагнита (проектирование и строительство этого устройства заняло почти десять лет). Было замечено, что B-мезоны изредка распадались на X(3872) и K-мезон. Заметный пик в энергетическом спектре был обнаружен в районе 0,775 ГэВ. Это соответствует массе 3872 МэВ (отсюда и название частицы, а масса ее сравнима с массой атома гелия), причем новая частица почти немедленно (время жизни таких мезонов измеряется миллиардными и триллионными долями секунды) распадалась на другие, более долгоживущие частицы - на частицу "J-пси" и два пи-мезона (X(3872) -> J/Psi + Pion + Pion).
Все бы хорошо, но масса этого нового мезона оказалась выше, чем давали теоретические предсказания (собственно, на 60 МэВ больше, чем искомая пси-2). Кроме того, пути, которыми происходил распад, также отличаются от тех, которые, по теории, были бы наиболее вероятными. Одна из двух возможностей справиться с подобными несоответствиями - это внести изменения в текущие модели сильных взаимодействий, в квантовую хромодинамику (КХД). Альтернативой же этому может служить предположение, что X(3872) является первым примером "молекулярного состояния" мезона, который содержит два кварка и два антикварка (c, c-антикварк, u, u-антикварк) - соединение двух D-мезонов.
До недавнего времени физики, занимающиеся частицами, регистрировали только частицы, которые содержат два или три кварка. Однако в прошлом году появились сообщения об открытии другой, более легкой, частицы с четырьмя кварками, известной как Ds(2317) и частицы с пятью кварками, известной под именем "пентакварк". Так что такое предположение уже никого не шокирует. К тому же нужно заметить, что тетракварки и пентакварки были предсказаны давно (в 70-х годах), но до последнего времени их почему-то не находили.
Источники:
Belle Discovers a New Particle - Belle group
New particle turns up in Japan - PhysicsWeb
New particle is double trouble for physicists - New Scientist
Scientists find mystery particle - BBC News
New 'Mystery Meson' Sub-Atomic Particle Discovered - Slashdot
На иллюстрациях:
1) На графике (с сайта www.kek.jp) по вертикали отложено число наблюдаемых событий. Массе частицы, которая давала при распаде J-пси и два пи-мезона, соответствует маленький пик вблизи значения 3,872 ГэВ. Высокий пик слева - это калибровочный сигнал от уже известной и относительно хорошо изученной частицы пси-1 (3686).
2) Схема распада частиц с сайта www.kek.jp. Частица X(3872) рождается вместе с K-мезоном при распаде B-мезона. Как только она появляется, то сразу распадается на частицу J-пси и два пи-мезона.
Обсудить
Дословно
Джерри Бауэр (Gerry Bauer) из Массачусетского технологического института
Если "молекулярная" интерпретация окажется верной, это станет одним из первых случаев доказательства существования нового типа вещества и откроет целую новую область для научного изучения. Также вероятно, что со временем найдется достаточно большое количество таких "молекулоподобных" частиц.
Статьи по теме
Физики открыли "мятежную" субатомную частицу
На линейном ускорителе в Стэнфорде идентифицировали новую субатомную частицу Ds (2317). Эта частица представляет из себя необычный "сплав" "очарованного" кварка и "странного" антикварка. Ее масса оказалась существенно ниже, чем можно было бы ожидать. В качестве альтернативы рассматривается и такая возможность: частица могла бы быть в новом, до настоящего времени невиданном состоянии - ассоциация четырех кварков.
Обнаружены первые "молекулы" среди мезонов
X(3872) не сообразуется ни с одной из известных схем, описывающих структуру субатомных частиц, и теоретики теперь стоят перед непростой дилеммой: либо вносить существенные поправки в привычную и хорошо себя зарекомендовавшую Стандартную модель элементарных частиц, либо признать, что мы имеем дело с неведомым типом мезона, который содержит четыре кварка - тетракварком.
Мезоны устраивают "похороны" классической физике
Хорошо известные в квантовой механике неравенства Белла впервые были проверены в эксперименте с участием высокоэнергетичных частиц в лаборатории KEK в Японии. Причем именно нарушение этих знаменитых неравенств и является серьезным аргументом в пользу истинности современного понимания квантовой теории и позволяет "похоронить" так называемые "теории скрытых параметров", в определенном смысле привязанные к классической физике.
Новый кварктет: субатомные причуды в семействе пентачастиц
Удалось обнаружить никогда прежде не виданную элементарную частицу, составленную из пяти кварков и антикварков. Случаи рождения приблизительно 40 частиц нового типа были выявлены при анализе миллионов протон-протонных столкновений на сверхмощном протонном синхротроне в CERN. Это свидетельство в пользу существования ранее теоретически предсказанного целого семейства таких частиц.
Зубы Супермена могут служить сверхпроводником
Британские исследователи выяснили, что фосфор, элемент, как известно, содержащийся в человеческих зубах, может в принципе выступать в роли сверхпроводника. Правда человеку потребовалась бы мощь какого-нибудь Супермена, чтобы сжать свои зубы с силой, достаточной для достижения необходимого эффекта, поскольку переход в сверхпроводящее состояние произойдет лишь при давлении около 2,5 мегабар.
Физики, возможно, наблюдали магнитные монополи
Поль Дирак в 1931 году выдвинул гипотезу, согласно которой в природе должны существовать некие экзотические частицы, являющиеся переносчиками изолированных "магнитных зарядов" - магнитные монополи. Но до сих пор все попытки обнаружить в эксперименте эти неуловимые частицы были безуспешными. Однако теперь группа физиков из Японии, Китая и Швейцарии утверждает, что им все-таки удалось найти косвенное свидетельство существования таких монополей Дирака.
Новая теория шаровых молний
Джон Джилман из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе недавно предположил, что по крайней мере одно из свойств шаровой молнии - когезию (cohesion), способность удерживать частицы, составляющие оболочку светящегося шара, вместе на протяжении десятков секунд или даже минут - можно объяснить в терминах атомов Ридберга. Однако другие исследователи, занимающиеся изучением этого феномена, отнеслись к такому выводу скептически.
Получен рекордный ультрахолодный "атомный снежок"
2500 атомов натрия охладили до половины миллиардной части градуса выше абсолютного нуля - температуры, при которой колебания атомов почти полностью замирают. В результате получается ни много ни мало как принципиально новое, пятое состояние вещества - так называемый конденсат Бозе - Эйнштейна.
Последняя нерешенная проблема классической физики близка к решению благодаря сверхтекучему гелию
Это кажется невероятным, но теории гидродинамической турбулентности в завершенном виде не существует до сих пор, созданы только так называемые полуэмпирические теории турбулентности. Вообще это является одной из важнейших проблем современной теорфизики. Теперь сделан важный шаг в описании турбулентности в сверхтекучем гелии-3, что может помочь, наконец, в решении проблемы турбулентности и в классических жидкостях.
Физики собираются проститься с килограммом
Недавно в ходе точных измерений параметров монокристалла кремния с помощью рентгеновских лучей было получено новое значение для числа Авогадро. Эта работа проходила в рамках международной программы, направленной на пересмотр эталона килограмма. Килограмм решено определить в терминах атомных и фундаментальных констант, как и все остальные системные единицы. Тем более, что нынешний материальный эталон килограмма, от которого в конечном счете зависит точность измерений во всем мире, постепенно испаряется и теряет массу.
Super-WIMPs: темная материя может оказаться необнаружимой в принципе
90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (сверхслабо- взаимодействующие массивные частицы), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.
"Частица бога" не откроет тайну американцам
Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий - подтверждение или опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году экзотичной субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны).
Большой взрыв руками физиков-ядерщиков: подтверждено получение кварк-глюонной плазмы
Недавние контрольные эксперименты добавили уверенности "творцам Большого взрыва" из Брукхэвена: похоже, им действительно удалось получить кварк-глюонную плазму - то есть материю, находящуюся в принципиально новом состоянии. Согласно современным теориям, кварк-глюонная плазма существовала только в первые 10-5 с после Большого взрыва. Когда-то предрекали, что подобные эксперименты могут привести чуть ли не к концу всей нашей Вселенной или, по меньшей мере, к формированию микроскопической черной дыры, которая затем затянет внутрь себя все, до чего сможет дотянуться.
Загадка солнечных нейтрино решена
Удалось обнаружить эффект "исчезновения" нейтрино. Этот эффект свидетельствует о том, что нейтрино имеют массу и могут осциллировать - то есть превращаться из одного типа в другой. Стандартная модель элементарных частиц, которая успешно использовалась фундаментальной физикой с 70-х годов прошлого века, требует серьезной модернизации.
Капли сверхплотного кваркового вещества прошивают Землю насквозь
Исследователи выявили два сейсмических события, которые, как они считают, могли быть вызваны исключительно проходом сквозь Землю кварковой материи - формы вещества, до сих пор не обнаруженной в экспериментах. Впрочем, есть свидетельство того, что такая странная кварковая материя встречается в космосе, среди некоторых экзотических звезд.
Американские физики спасли теорию Эйнштейна: информация действительно не может передаваться быстрее света
Группа американских физиков, не щадя своего времени и средств, помогла торжеству здравого смысла: они доказали, что следствие не может предшествовать своей причине. Эксперименты подтвердили, что недавнее сенсационное исследование, согласно которому свет, казалось, распространялся со скоростью, превышающей его же собственную скорость в вакууме, не противоречит основополагающему для физики понятию причинно-следственной связи.
Физики надеются обнаружить изменение фундаментальных констант со временем
Две группы физиков на протяжении последних лет провели целый ряд аккуратных экспериментов в надежде обнаружить непостоянство природных констант, до сих пор считавшихся не изменяющимися со временем. До настоящего момента данные на эту тему добывались астрофизическими методами и указывали на возможность подобных вариаций.
Замаскированная квантовая почта может объяснить молчание внеземных цивилизаций
Если внеземные цивилизации действительно существуют и при этом не являются исключительной редкостью, то почему мы так и не смогли до сих пор получить от них никаких сигналов? Два физика объясняют эту ситуацию исключительной осторожностью инопланетян. При этом они считают, что есть возможность отправлять сигналы, не открывая своего местоположения.
Астрономы обнаружили "потерявшиеся" барионы
Астрономы обнаружили новый тип разогретого межгалактического газа, с помощью которого можно локализовать невидимое присутствие темного вещества во Вселенной. Газовое облако, в триллион раз массивнее, чем наше Солнце, и в 150 раз более горячее, окружает нашу местную группу галактик, в которую входит Млечный путь, туманность Андромеды и еще приблизительно 30 мелких галактик.
Разрешена одна из загадок космических лучей
Казалось бы, в одной-единственной цифре не может быть ничего выдающегося, однако это позволило не только разрешить споры о месте рождения пульсара и определить размер его нейтронной звезды (а стало быть, уточнить физическую модель этого объекта), но и, возможно, открыть одну из важнейших тайн космических лучей.
Найдено направление "космического ливня", устроившего потоп в Солнечной системе
Едва ли не самая интригующая проблема, с которой в свое время столкнулись исследователи космических лучей, - это необходимость объяснения так называемого "колена" в спектре первичного космического излучения - избытка высокоэнергичных частиц. До сих пор однозначного объяснения этот феномен не получил, но последние исследования все увереннее связывают эту аномалию не с особенностью "работы" галактических магнитных полей или физикой межзвездного пространства, а с тем, что нас, землян, просто угораздило родиться в относительной близости от мощного "ускорителя" частиц определенной энергии, изрядно "попортившего" астрофизикам картину мира.
В центре Млечного пути найдено антивещество неизвестного происхождения
Это антивещество в принципе может образовываться за счет некоторых энергетически чрезвычайно эффективных атомных процессов, например, в ходе радиоактивного распада изотопа алюминия. Его "подпись" известна как аннигиляционная "линия 511 кэВ". Однако оказалось, что антивещества в центре Галактики слишком много для того, чтобы можно было объяснить его появление только распадом алюминия. Также ясно показано наличие множества источников антивещества - оно вовсе не концентрируется вблизи одной точки.
На Солнце нашли антиматерию
Для изучения антивещества в земных условиях приходится ускорять частицы до рекордных скоростей и сталкивать их вместе, чтобы получить считанные атомы этого экзотического для нас вида материи. Причем существовать до аннигиляции эти чуждые нашему миру атомы могут лишь весьма непродолжительное время. А вот Солнце в смысле производства антивещества оказалось намного более эффективно. Кроме того, солнечное антивещество ведет себя иначе, чем можно было бы ожидать.
Новости по теме
