חלקיק אקזוטי שאורך חייו התגלה שישנה את הפיזיקה המודרנית

תוכן עניינים:

חלקיק אקזוטי שאורך חייו התגלה שישנה את הפיזיקה המודרנית
חלקיק אקזוטי שאורך חייו התגלה שישנה את הפיזיקה המודרנית
Anonim

מניתוח הנתונים של גלאי LHCb שהותקן במגרש ההדרון הגדול, מדענים מצאו עדויות מהימנות לקיומו של חלקיק ייחודי - טטרקארק בעל קסם כפול. ולא משנה כמה שמו שמו נשמע לאדם שאינו מכיר את המודל הסטנדרטי, הוא נותן לפיזיקאים מידע מוזר עוד יותר: נראה שרעיונות מדעיים מודרניים על מבנה העולם שוב יצטרכו להתערער למדי.

חלקיק אקזוטי שאורך חייו התגלה שישנה את הפיזיקה המודרנית
חלקיק אקזוטי שאורך חייו התגלה שישנה את הפיזיקה המודרנית

קורס פיזיקה בבית ספר לחינוך כללי נותן תמונה של עולם המיקרו וכן תמונה לא שלמה. כל אדם המתעניין במדעי הטבע התמודד במוקדם או במאוחר עם הלם זה - מסתבר שהכל אינו מוגבל לפרוטונים, נויטרונים, אלקטרונים, פוטונים ונייטרינו. ישנם גם קווארקים, לפטונים, בוזונים והחלקיקים התת -אטומיים "המוכרים לנו" הם בדרך כלל "מרק" של יסודות קטנים בהרבה. ובכן, למעט אלקטרונים ופוטונים - הכל איתם, כפי שהיה, הם בלתי ניתנים לחלוקה.

כמעט כל החומר סביבנו מורכב מבריונים, כלומר חלקיקים כבדים: נויטרונים יציבים ופרוטונים. הם, בתורם, בעלי מבנה פשוט יחסית - שלושה קווארקים בכל אחד. ישנם גם מסונים לא יציבים המורכבים מזוג קווארק-עתיק, אך בסיפור זה הם אינם כה חשובים. אם נלך לעומק לגמרי, אז התמונה הזו עדיין לא שלמה, מכיוון שיש מידע שונה במקצת לגבי הפרוטון. בכל מקרה, פיסיקאים כבר זמן רב נחושים לגבי תפקידם של הקוורקים, לאחר שהעניקו להם את תואר "אבני הבניין" הבסיסיות של היקום, שממנו "גויסים" כל החלקיקים הגדולים. וזה בהחלט מוכח עם מידה מספקת של אמינות (אבל מה שהם עצמם נוצרים הוא שאלה של מחלוקות ארוכות שעדיין לא מתקרבות לפתרון המחלוקות).

הבעיה היא כדלקמן. אין חוקי טבע שיאסרו לאסוף קווארקים לא בשניים או שלושה, אלא בכמויות גדולות. חלקיקים אקזוטיים דומים ניבאו על ידי כמה פיזיקאים תיאורטיים בבת אחת בשנות השישים. עם זאת, בשל העובדה שעד לאחרונה לא היו למדענים כלים מתקדמים לסינון רעשים במתקנים ניסיוניים, לא ניתן היה לזהותם. המצב השתנה באופן דרמטי במאה ה -21 על רקע התפתחות טכנולוגיות המחשב. ומאז 2003, התגליות זורמות כמו קרן שפע: כיום ידועים כמה עשרות טטרקווארקים (ארבעה קווארקים) וזוג פנטקווארקים (חמישה קווארקים).

כל החלקיקים האקזוטיים הללו חולקים מספר תכונות נפוצות בבת אחת. ראשית, הם מאוד לא יציבים וחייהם מחושבים בזפטוס שניות (שישה מיליוני שניות). שנית, למרות שהם אינם סותרים את המודל הסטנדרטי, הם אינם משתלבים בו. במילים אחרות, תפקידם בלתי מובן לחלוטין, וקיומם של פנטקווארקים בטבע מוטל בספק לחלוטין (הם התקבלו רק בכוונה במהלך ניסויים מיוחדים). אבל הטטרקארק שהוקסם לאחרונה פעמיים, אפילו על רקע יוצא דופן זה, הצליח להתבלט.

החלקיקים האקזוטיים מכולם

על גילויו של טטרקארק יוצא דופן בכנס לפיזיקה באנרגיה גבוהה של החברה הפיזית האירופית (EPS-HEP) דווח מומחים שעבדו בניסוי CERN LHCb. זהו הקטן מבין הגלאים העיקריים של קולדר ההדרון הגדול (LHC). החלקיק נמצא בנתוני ארכיון בין השנים 2011-18, אז הוא ניפה בחיפוש שגרתי אחר תגליות "שהוחמצו". לרוע המזל, אם תופעה לא ניבאה מראש על ידי תיאורטיקנים (כפי שהיה במקרה של בוזון היגס וכוכב הלכת נפטון), הגילוי שלה דורש עיבוד של כמות עצומה של מידע ממש "למזל". מוקדם יותר נמצאו כמה עשרות חלקיקים שונים באותה שיטה.

חלקיק אקזוטי שאורך חייו התגלה שישנה את הפיזיקה המודרנית
חלקיק אקזוטי שאורך חייו התגלה שישנה את הפיזיקה המודרנית

סינון הרעש מהרישומים של מיליוני התנגשויות חלקיקים שבוצעו ב- LHC איפשר לזהות בביטחון רב את ה- Tcc + meson, אותו טטרקארק שהוקסם פעמיים בגלוי. הוא שונה מכל החלקיקים הדומים האחרים בהרכבם. הוא משלב שני כבדים, כמעט שווים למסה של פרוטון, c-quark (מוקסם), כמו גם u-antiquark קל (עליון) ו- d-antiquark (תחתון). הכינויים בסוגריים מציינים את "טעמי" החלקיקים, כלומר מספרים קוונטיים (פרמטרים) מסוימים המאפיינים את תכונות היסוד שלהם.

המוזרות כאן היא זו: מעולם לא נצפו חלקיקים בעלי קסם פתוח, הוא האמין כי c -quark צריך להיות מאוזן על ידי c -antiquark. אבל Tcc + שבר לא רק את התבנית הזו, הוא גם חי לתקופה ארוכה להפליא - כמה אטוס שניות, שזה ארוך עד שניים עד שלושה סדרי גודל מזמן הריקבון של הדרונים אקזוטיים אחרים. החדשות הטובות הן כי עם יותר ממאתיים אירועי מועמד בהישג יד לגילוי Tcc +, צוות CERN תיאר קריטריונים ברורים שבאמצעותם ניתן לאתר אותו. החלקיקים שאליהם מתפרק הטטרקארק קל יחסית לזהות, כך שלא יהיה קשה לאשר את הגילוי עם צוותים שעובדים על מאיצים אחרים. בנוסף, המסה של Tcc + נמוכה מספיק כדי שנוצרת במתקנים עם אנרגיות הפעלה נמוכות בהרבה מה- LHC.

פריצת דרך או מהפכה?

עצם קיומו של Tcc + מציב בפני פיזיקאים שאלה נוספת - מה אם המבנה שלו אינו ייחודי ומהווה "תבנית" לחלקיקים דומים אחרים? ואז קיומו של מסון הוא די אמיתי לא עם שני קווארקים מוקסמים, אלא עם אחד או זוג בי-קווארקים כבדים אף יותר (מקסים). חלק מהחלקיקים הללו שוברים לחלוטין את תמונת העולם, מכיוון שהם חייבים "לחיות" לפחות סדר או שניים יותר. המשמעות היא ש"בני הדודים "הכבדים יותר של Tcc + יהיו בעלי סיכוי גבוה יותר לקיים אינטראקציה עם חלקיקים אחרים שמסביב. לפיכך, יתכן שיש להם תפקיד ביקום, לא רק כתוצרי לוואי של אינטראקציות תת אטומיות.

בנוסף לכל האמור לעיל, Tcc + מתגאה במגוון שלם של תכונות שקשה להחריד להסביר בשפת מדע פופולרית. ביניהם, למשל, ישנה קירבה חשודה של המסה של טטרקארק בעל קסם כפול בגלוי וזוג D- מסונים. בנוסף לכך, המבנה הפנימי של Tcc + לא הובהר כראוי. לא ברור אם מדובר ב"מולקולה "של שני מסונים, כלומר זוג מבנים של קוורק כבד ואנטי עוגן קל, או שהוא דומה לאטום שבו קווארקים כבדים ממוקמים במרכזו במרכז ומוקפים בענן. של סופרפוזיציות של עתיקות.

דבר אחד ברור - החדשות על Tcc + יפעילו סבב מחקר חדש של פיסיקאים וחיפוש אחר חלקיקים דומים אחרים. לא ניתן לקרוא לגילויו תחושה פנטסטית לחלוטין של רמת תגלית בוזון היגס, אך המצב עדיין מסקרן ועם השלכות מרחיקות לכת. לכל הפחות, אירוע זה הוא כבד משקל ורומז למדי למחשבה שמדענים חשבו עליה זמן רב: המודל הסטנדרטי אינו שלם בהרבה מהמודל המכני הקוונטי של האטום. זה עובד, אבל רק ברמה שלו, והמציאות הרבה יותר מסובכת, כך שפיזיקאים עדיין צריכים לחפור ולחפור.ובכן, מבחינתנו - לעקוב אחר המהפכות הגדולות הקרובות במדע, המעידות על פריצות דרך כאלה.

פופולרי על ידי נושא