Takýto iný tetrakvarki • Igor Ivanov • Vedecko-populárne úlohy na "prvkoch" • Fyzika

Takýto odlišný tetraquark

úloha

V poslednej dobe bola spolupráca LHCb, ktorá pracovala na Large Hadron Collider, získaná dva dôležité výsledky vo fyzike multiquarkových hadrónov. Pred rokom konečne dokázala skutočnosť tetraquark Z (4430) s kvarkovou kompozíciou (obr. 1, vľavo) a nedávno oznámila otvorenie pentaquarku PC(4450), častice so zložením \ ([uudc \ bar %] \). Vo fyzickom žargóne sa obidva tieto častice nazývajú hadróny so skrytými kúzlami: obsahujú očarovaný kvark a ten istý antikvark a z toho sa vyrovnávajú účinky charakteristické pre očarené kvarky. Avšak c-kvarky sú ťažké a to ovplyvňuje celkovú hmotnosť týchto hadrónov.

Možno si predstaviť iný variant viacvláknových stavov s približne rovnakou hmotnosťou. Namiesto dvojice c-anti-c budú obsahovať dva očarené kvarky (alebo dva očarené antikvary). Sú to napríklad dvojnásobne očarý tetraquark tvaru (\ bar [\ bar d c c] \) (obrázok 1, vpravo) a pentaquark \ ([u \ bar ud cc] \). Tieto častice ešte nie sú experimentálne otvorené, ale nič ich nebráni teoreticky študovať. Najmä sa môžeme opýtať: ako budú vlastnosti multikvarkových hadrónov približne rovnakej hmotnosti s dvojitou a so skrytými kúzlami navzájom prepojené?

Obr. 1. Dva tetraquark s približne rovnakou hmotnosťou, z ktorých každý obsahuje dva ťažké a dva ľahké kvarky: tetraquark so skrytým šarmom (vľavo) a dvakrát očarovaný tetrakvark (vpravo)

Dokážte toTento dvojitý očarovaný tetraquark by mal byť odolnejší voči rozpadu ako tetraquark so skrytými kúzlami. Zistite, či bude rovnaký argument pre pentaquarks.


Tip 1

Tetraquark sa rodí a rozpadá kvôli silnej interakcii. Jeho rozpad je jednoducho prerozdelenie kvarkov na dva mezóny, ktoré potom odletú; samotné kvarky nemenia svoj typ. Preto je potrebné pochopiť, prečo je toto prerozdelenie a šírenie ťažké pre dvojnásobne očarovaný tetraquark v porovnaní so skrytým čarodejníkom. A kvôli tomu musíte premýšľať o tom, aké sily pôsobia medzi kvarkami, ako aj o tom, čo a ako ich veľké masové vplyvy.


Tip 2

Obr. 2. Dve kvarky interagujú navzájom prostredníctvom výmeny gluónu, analogicky s tým, ako elektrické vzájomné vzájomné pôsobenie interaguje prostredníctvom výmeny fotónov. Obrázok z článku Quantum Chromodynamics

Hoci sily spojujúce kvarky do hadrónov sú pomerne zložité,Niektoré vlastnosti interakcie možno vidieť analogicky s bežnou elektrodynamikou, s právnymi predpismi priťahovania a odpudzovania nábojov. Táto analógia, samozrejme, je nepresná, takže v určitom okamihu budete musieť prestať, ale pomôže to pochopiť jeden vzor. A kvôli použitiu tejto analógie bude užitočné znovu prečítať úlohu Zmena usporiadania vodíka a antihydrogénu.


rozhodnutie

Označujeme svetelný kvark spoločným symbolom \ (q \) a ťažký z \ (Q \); antikvary, ako obvykle, sú označené pomlčkami: \ (\ bar q \) a \ (\ bar Q \). Ak máme dve ťažké a dve ľahké kvarkové kombinácie a rozpad sa rozdelí na dvojice, potom dva ťažké kvarky môžu odletieť buď spoločne, alebo oddelene. V prípade tetraquarku so skrytým šarmom, \ ([q \ bar q Q \ bar Q] \) sú možné obe rozpady: \ ([q \ bar Q] + [Q \ bar q] q] + [Q \ bar Q] \). V prípade dvojitého očkovania tetraquark je možný iba prvý variant: \ ([Q \ bar q] + [Q \ bar q] \). Druhý variant nie je možný, pretože dva kvarky nemôžu tvoriť mezón; musí obsahovať nejaký druh kvarku a nejaký antikvark.

Teraz porovnávame dve rozdrobenia: \ ([q \ bar Q] + [Q \ bar q] \) a \ ([q \ bar q] + [Q \ bar Q] \). Z riešenia problému prestavenia náboja už vieme, čo je dobré pre druhý rozklad.Tvorí viazaný systém dvoch ťažkých častíc, ktorý je oveľa kompaktnejší ako systém q (q q bar q] \ alebo \ ([q \ bar q] \), a preto má vyššiu väzbovú energiu. Inými slovami, prítomnosť medónu [(Q \ bar Q] \) robí rozklad \ ([q \ bar q] + [Q \ bar Q] \ energeticky výhodnejší ako \ \ bar q] \).

Pre dvojitý očarovaný tetraquark je tento energeticky účinný úpadok nemožný. Preto sa takýto tetraquark rozpadne na menej vhodný systém, čo sťažuje jeho rozpad. V dôsledku toho sa ukáže, že keď sú všetky veci rovnaké, dvakrát očarovaný tetraquark bude žiť dlhšie ako tetraquark so skrytými kúzlami. Samozrejme, silná interakcia vnútri hadrónu nejako mení tento obraz, ale musí tu existovať aspoň tu všeobecná tendencia.

Aby sme varovali možnú otázku, malo by sa objasniť, že na jednom mieste zlyhá elektrodynamická analógia. V elektrostatickej sústave sú vždy odrazené dva identické kvarky (to je ako náboje) a láka kvarkový antikvarkový pár (teda na rozdiel od nábojov). V prípade silnej interakcie je vzor zložitejší: všetko záleží na tom, aký druh kvarku má "farba".Konkrétne je možné urobiť tak, že kvôli silnej interakcii sú navzájom priťahované oba kvarky a kvarkový antikvarkový pár. Preto sa poučenie z elektrodynamického problému môže použiť v oboch situáciách.

V prípade pentaquarkov sa otvorí viac príležitostí, takže sledovaný model nefunguje. Kombinácia \ ([qqq Q \ bar Q] \) sa môže rozdeliť na baryon-mesónový pár \ (qqq] + [Q \ bar Q] \ alebo qqqQ + Prvý úpadok je energeticky výhodnejší vďaka kompaktnému ťažkému medonu. Ale dvojitý ovocný pentaquark (qq \ q qQQ) nie je tiež hlúpy: má rozpad na \ (qQQ] + [q \ bar q] \ a na \ bar q] \). Úzke spojenie dvoch ťažkých kvarkov je v tomto prípade možné, pretože tretí kvark pomáha im zjednotiť sa v baryóne (táto častica so zložením \ (dcc \) je označená \ (\ Xi_ % ^ + \), mimochodom existujú experimentálne rady jeho existencia).


Doslov

Fyzika multiquarkových hadrónov je oblasťou, ktorá je mimoriadne náročná na výskum. Hlavná ťažkosť je experimentálna: je potrebné zorganizovať vhodné podmienky pre zrážky, vytvoriť multi-quark hadron a potom rozpoznať jej rozpad. Ale aj v najrôznejších prípadochkeď je potvrdená prítomnosť multikvarovej kompozície, je veľmi ťažké zistiť, akú štruktúru má častica – či už ide o čistý multikvarkový stav v bežnej "škrupine", alebo len o molekulu hadrónu spojenú systémom dvoch mezónov.

Keďže existuje veľmi málo spoľahlivých experimentálnych údajov a ich všeobecne akceptovaných interpretácií, takmer všetky výroky o nich stále robia teoretici. Tu popísaný príklad – zvýšená stabilita dvojkrvnatých tetraquarkov – je tiež teoreticky predpovedaný jav, ktorý ešte nie je experimentálne overený. Získal sa nielen na úrovni kvalitatívneho odôvodnenia, ako v tomto probléme, ale aj pomocou komplexného numerického modelovania interakcie kvarkov. Jedným z posledných článkov na túto tému je predtlač, ktorý sa objavil v máji tohto roka, v ktorom bola podrobne skúmaná existencia a stabilita takýchto ťažkých tetraquarkov, ale len s b-kvarkami namiesto c-kvarkov (obrázok 3).

Obr. 3. Schematické znázornenie konfigurácie kvarku v tetraquark (qq \ bar b \ bar b \). Vykrytá oblasť – zóna distribúcie a pôsobenie ľahkých kvarkov, ružová oblasť – oblasť distribúcie a pôsobenie b-kvarkov. Červené čiary podmienkovo ​​ukazujú geometriu trubíc silových polí pôsobiacich medzi kvarkami. Číslo "3", ako je na obrázku, farba charakterizujú stav kvarkov a ich pary. Obrázok z článku arXiv: 1505.00613


Like this post? Please share to your friends:
Pridaj komentár

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: