Пентакварк

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Пентакварк
Символ Pc
Pentaquark.svg
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 Гравитационное[2]
Теоретически обоснована Мюррей Гелл-Манн (1964)
Обнаружена Большой адронный коллайдер (2015)
В честь кого или чего названа Пять кварков
Масса Pc(4450)+: 4450
МэВ[1]
Pc(4380)+: 4380
МэВ[1]
Ширина распада Pc(4450)+: 40
МэВ[1]
Pc(4380)+: 200
МэВ[1]
Барионное число 1
Лептонное число 0
B−L 1
Спин Pc(4450)+: 5/2[1]
Pc(4380)+: 3/2[1] ħ
Чётность Pc(4450)+: +[1]
Pc(4380)+: -[1]
Очарование 0
Гиперзаряд 1
Слабый гиперзаряд 1

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 вики-текст]

Теоретическая возможность существования пентакварков была предсказана Мюрреем Гелл-Маном в 1964 году. Название «пентакварк» для этих частиц было предложено израильским физиком Хэрри (Цви) Липкиным в 1987 году.

В 1997 году Дмитрий Дьяконов, Виктор Петров и Максим Поляков предложили теорию, предсказывающую существование пентакварков (экзотический антидекуплет) из лёгких кварков и их свойства[3][4]. Экспериментально существование пентакварка в месте, предсказанном теорией 1997 года,[4] 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[5].

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[6] 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)[7][8].

В конечном итоге, в большинстве экспериментов (например HERA-B, 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[9]. 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[10]) на Большом адронном коллайдере[11][12], пентакварки такого типа и в таком месте до того никто не предсказывал[4]. Поиск пентакварков не был объектом эксперимента LHCb (который прежде всего предназначен для исследования асимметрии материи и антиматерии)[13], и несомненное открытие пентакварков было описано представителем ЦЕРН как «случайность» и «нечто удивительное, что мы случайно нашли»[14].

18 августа 2016 года LHCb подтвердила открытие пентакварка в статье в Nature[15]. 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[16].

Свойства[править | править вики-текст]

Кварковый состав u, u, d, c, c. Всего было открыто одновременно 2 представителя группы: Pc(4450)+ и Pc(4380)+. Массы у них 4450 МэВ и 4380 МэВ соответственно. Ширина распада 40 МэВ и 200 МэВ соответственно. Спин 5/2 и 3/2 соответственно. Чётность + и — соответственно.

В результате проверки диаграммой Аргана[17] про Pc(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 вики-текст]

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Открыт адрон нового типа — пентакварк со скрытым очарованием Игорь Иванов
  2. Удивительный мир внутри атомного ядра. Вопросы после лекции, ФИАН, 11 сентября 2007 года
  3. Dmitri Diakonov; Victor Petrov, Maxim Polyakov (1997). «Exotic anti-decuplet of baryons: prediction from chiral solitons». Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei 359 (3): 305-314. DOI:10.1007/s002180050406.
  4. 1 2 3 Петров В. Пентакварки // Наука и жизнь. — 2016. — № 3. — С. 20—24.
  5. Японские учёные обнаружили пятикварковые субатомные частицы // «Мембрана», 1.07.2003
  6. П. Ф. Ермолов, А. В. Кубаровский, В. А. Никитин, Поиски пентакварка продолжаются!!! // 2007
  7. Пентакварк — все-таки миф? // Элементы", 22.04.2005
  8. Рур, пентакварки и NICA // газета «Дубна», № 12-13, 20.03.2009
  9. LEPS Collaboration (T. Nakano et al.), Evidence of the Θ+ in the γd → K+Kpn reaction, Phys. Rev. C79 025210, 2009, arXiv:0812.1035 [nucl-ex.]
  10. Пентакварк открыт окончательно
  11. В ЦЕРНе открыли предсказанный российскими физиками пентакварк
  12. Кварки: больше трех — собираться // 18.07.2015
  13. Where has all the antimatter gone?. CERN/LHCb (2008). Проверено 15 июля 2015.
  14. G. Amit. Pentaquark discovery at LHC shows long-sought new form of matter. New Scientist (14 July 2015). Проверено 14 июля 2015.
  15. Физики подтвердили открытие пентакварка
  16. Тяжелый пентакварк окончательно подтвержден
  17. Ф. Никитиу Методы определения резонансов в фазовом анализе // ЭЧАЯ 12, 805 (1981)

Ссылки[править | править вики-текст]