Пентакварк (Hyumgtfgjt)
Пентакварк (P c) | |
---|---|
![]() Открытая в 2015 году частица из пяти кварков | |
Состав |
5 кварков: u, u, d, c, c [1] |
Семья | Фермион |
Группа | Барион, адрон, резонанс |
Участвует во взаимодействиях | Сильное |
Масса |
P c(4450)+: 4450 МэВ/с^2[1] P c(4380)+: 4380 МэВ/с^2[1] |
Ширина распада |
P c(4450)+: 40 МэВ[1] P c(4380)+: 200 МэВ[1] |
Теоретически обоснована | Мюррей Гелл-Манн (1964) |
Обнаружена | Большой адронный коллайдер (2015) |
В честь кого или чего названа | Пять кварков |
Квантовые числа | |
Барионное число | 1 |
Лептонное число | 0 |
B−L | 1 |
Спин |
P c(4450)+: 5/2[1] P c(4380)+: 3/2[1] ħ |
Чётность |
P c(4450)+: +[1] P c(4380)+: −[1] |
Очарование | 0 |
Гиперзаряд | 1 |
Слабый гиперзаряд | 1 |
![]() |
![]() | Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. |
Пентаква́рки — группа составных субатомных частиц, состоящих из пяти кварков. Их существование было доказано с использованием Большого адронного коллайдера в июле 2015 года. Являются барионами, адронами, фермионами, резонансами. Порождают направление исследований в адронной спектроскопии — физику пентакварков[1].
История
[править | править код]Возможность существования адронов, включающих больше кварков, чем минимально необходимо (три кварка или пара кварк-антикварк), была рассмотрена ещё авторами кварковой модели Гелл-Маном (в 1964 году) и Цвейгом. Модель барионов, состоящих из 4 кварков и 1 антикварка, была рассмотрена в конце 1970-х годов. Название «пентакварк» для этих частиц было предложено израильским физиком Хэрри (Цви) Липкиным (англ.) в 1987 году[3].
В 1997 году Дмитрий Дьяконов, Виктор Петров и Максим Поляков предложили теорию, предсказывающую существование пентакварков (экзотический антидекуплет) из лёгких кварков и их свойства[4][5]. Экспериментально существование пентакварка в месте, предсказанном теорией 1997 года,[5] возможно, было подтверждено в июле 2003 года Такаси Накано в эксперименте LEPS (Осакский университет, Япония), Кеном Хиксом на Национальном ускорителе имени Джефферсона (город Ньюпорт-Ньюс, штат Вирджиния). В этих экспериментах высокоэнергетичные гамма-кванты взаимодействовали с нейтроном, создавая мезон и пентакварк. Однако пентакварк существует в течение 10−20 секунд перед распадом на мезон и нейтрон[6].
Затем несколько других групп исследователей исследовали данные в определённых каналах и диапазонах энергий. В целом 12 групп сообщили о положительных сигналах пентакваркового состояния. Например, два эксперимента на ускорителе HERA, ZEUS и HERMES, и эксперимент СВД[7] на ускорителе У-70 в Протвино заявили о наблюдении кандидатов в пентакварки со статистической значимостью от 4 до 8 стандартных отклонений.
Однако существование пентакварков подвергалось сомнению. Для того, чтобы внести в этот вопрос бо́льшую ясность, коллаборация CLAS провела эксперимент в лаборатории Джефферсона с целью обнаружить пентакварк. В ходе эксперимента учёные бомбардировали жидкий водород высокоэнергетичными протонами. Несмотря на то, что полученный объём данных в 10 раз превышал статистику, собранную немецкой группой SAPHIR, а результаты исследований были в 50 раз точнее, чем у немцев, американцам не удалось найти никаких следов пентакварков (хотя результаты первых экспериментов CLAS 2003 года показывали наличие пентакварков со статистической значимостью вплоть до 7 стандартных отклонений)[8][9].
В конечном итоге, в большинстве экспериментов (например HERA-B[10], BaBar и Belle) на вопрос об обнаружении пентакварков был получен отрицательный ответ, опровергающий ранее полученные положительные результаты с малой статистикой. Тем не менее, в данных LEPS по-прежнему присутствуют узкие пики, которые могут быть интерпретированы как проявление пентакварков. В начале 2009 года LEPS опубликовал в журнале «Physical Review» статью, где утверждается, что сигнал от пентакваркового состояния с массой 1524 ± 4 МэВ/c² виден со статистической значимостью 5,1 стандартных отклонений[11]. Эксперименты по поиску пентакварков продолжались.
14 июля 2015 года учёные из коллаборации LHCb сообщили об открытии пентакварков в результате столкновений протонов при энергиях до восьми тераэлектронвольт (при распаде лямбда-бариона[12]) на Большом адронном коллайдере[13][14][3], пентакварки такого типа и в таком месте до того никто не предсказывал[5]. Поиск пентакварков не был объектом эксперимента LHCb (который прежде всего предназначен для исследования асимметрии материи и антиматерии)[15], и несомненное открытие пентакварков было описано представителем ЦЕРН как «случайность» и «нечто удивительное, что мы случайно нашли»[16].
18 августа 2016 года LHCb подтвердила открытие пентакварка в статье в Nature[17]. В статье указано, что за год данные были исследованы независимым от представлений о пентакварках образом и необходимость в объяснении результатов введением пентакварков на уровне статистической значимости около 10σ (стандартных отклонений)[18].
Свойства
[править | править код]Кварковый состав u, u, d, c, c. Всего было открыто одновременно 2 представителя группы: P
c(4450)+ и P
c(4380)+.
Массы у них 4450 МэВ и 4380 МэВ соответственно,
ширина распада 40 МэВ и 200 МэВ, спин 5/2 и 3/2,
чётность + и −.
В результате проверки диаграммой Аргана[19] про P
c(4380)+ есть сомнения, частица ли это, про второй таких сомнений нет. Теоретического описания найденных частиц нет. Это могут быть или «адронные молекулы», образуемые протоном и J/ψ мезоном, или настоящее пятикварковое состояние: структура дикварк + дикварк + антикварк, дикварк + трикварк и другие.[1].
Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Открыт адрон нового типа — пентакварк со скрытым очарованием Игорь Иванов . Дата обращения: 17 июля 2015. Архивировано 17 июля 2015 года.
- ↑ Удивительный мир внутри атомного ядра. Вопросы после лекции Архивная копия от 15 июля 2015 на Wayback Machine, ФИАН, 11 сентября 2007 года
- ↑ 1 2 R. Aaij et al. (LHCb Collaboration). Observation of J/ψp Resonances Consistent with Pentaquark States in Λ0
b → J/ψK−p Decays // Phys. Rev. Lett. — 2015. — Vol. 115. — P. 072001. — doi:10.1103/PhysRevLett.115.072001. - ↑ Dmitri Diakonov; Victor Petrov, Maxim Polyakov. Exotic anti-decuplet of baryons: prediction from chiral solitons (англ.) // Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei : journal. — 1997. — Vol. 359, no. 3. — P. 305—314. — doi:10.1007/s002180050406.
- ↑ 1 2 3 Петров В. Пентакварки // Наука и жизнь. — 2016. — № 3. — С. 20—24. Архивировано 25 апреля 2016 года.
- ↑ Японские учёные обнаружили пятикварковые субатомные частицы Архивная копия от 12 июня 2010 на Wayback Machine // «Мембрана», 1.07.2003
- ↑ П. Ф. Ермолов, А. В. Кубаровский, В. А. Никитин, Поиски пентакварка продолжаются! // 2007
- ↑ Пентакварк — всё-таки миф? Архивная копия от 27 мая 2008 на Wayback Machine // Элементы", 22.04.2005
- ↑ Рур, пентакварки и NICA Архивная копия от 20 июня 2013 на Wayback Machine // газета «Дубна», № 12-13, 20.03.2009
- ↑ ИФВЭ, Эксперимент HERA . Дата обращения: 25 ноября 2021. Архивировано 25 ноября 2021 года.
- ↑ LEPS Collaboration (T. Nakano et al.), Evidence of the Θ+ in the γd → K+K−pn reaction, Phys. Rev. C79 025210, 2009, arXiv:0812.1035 [nucl-ex]. Дата обращения: 10 сентября 2009. Архивировано 3 мая 2015 года.
- ↑ Пентакварк открыт окончательно . Дата обращения: 25 августа 2016. Архивировано 25 августа 2016 года.
- ↑ В ЦЕРНе открыли предсказанный российскими физиками пентакварк . Дата обращения: 14 июля 2015. Архивировано 16 июля 2015 года.
- ↑ Кварки: больше трех — собираться Архивная копия от 8 сентября 2015 на Wayback Machine // 18.07.2015
- ↑ Where has all the antimatter gone? CERN/LHCb (2008). Дата обращения: 15 июля 2015. Архивировано 4 апреля 2020 года.
- ↑ G. Amit. Pentaquark discovery at LHC shows long-sought new form of matter . New Scientist (14 июля 2015). Дата обращения: 14 июля 2015. Архивировано 8 ноября 2020 года.
- ↑ Физики подтвердили открытие пентакварка . Дата обращения: 21 августа 2016. Архивировано 20 августа 2016 года.
- ↑ Тяжелый пентакварк окончательно подтвержден . Дата обращения: 25 августа 2016. Архивировано 26 августа 2016 года.
- ↑ Ф. Никитиу Методы определения резонансов в фазовом анализе Архивная копия от 10 мая 2018 на Wayback Machine // ЭЧАЯ 12, 805 (1981)
Ссылки
[править | править код]- Обнаружен пентакварк Архивная копия от 8 сентября 2015 на Wayback Machine // УФН, июль 2015
- В поисках пентакварка Архивная копия от 11 мая 2013 на Wayback Machine // «Троицкий вариант», 26.03.2013
- Частица о пяти кварках — фантазия или реальность? // «Компьютерра», 6.06.2006
- Пять в одном // Журнал «Что нового в науке и технике»
- «У бозона Хиггса не было отрицательной репутации, как у нашего пентакварка» Архивная копия от 22 июля 2015 на Wayback Machine // 14 июля 2015
- Физики увидели новый пентакварк и «раздвоение» старого Архивная копия от 24 июля 2020 на Wayback Machine.