Пентакварк

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пентакварк (P
c
)
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 P
c
(4450)+
: 4450
МэВ[1]
P
c
(4380)+
: 4380
МэВ[1]
Ширина распада P
c
(4450)+
: 40
МэВ[1]
P
c
(4380)+
: 200
МэВ[1]
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

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 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, 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[10]. 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[11]) на Большом адронном коллайдере[12][13][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)[14], и несомненное открытие пентакварков было описано представителем ЦЕРН как «случайность» и «нечто удивительное, что мы случайно нашли»[15].

18 августа 2016 года LHCb подтвердила открытие пентакварка в статье в Nature[16]. 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[17].

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 соответственно. Спин 5/2 и 3/2 соответственно. Чётность + и − соответственно.

В результате проверки диаграммой Аргана[18] 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. 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. 1 2 R. Aaij et al. (LHCb Collaboration). Observation of J/ψp Resonances Consistent with Pentaquark States in Λ0
    b
    J/ψKp Decays // Phys. Rev. Lett. — 2015. — Vol. 115. — P. 072001. — DOI:10.1103/PhysRevLett.115.072001.
  4. 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. Используется устаревший параметр |coauthors= (справка)
  5. 1 2 3 Петров В. Пентакварки // Наука и жизнь. — 2016. — № 3. — С. 20—24.
  6. Японские учёные обнаружили пятикварковые субатомные частицы // «Мембрана», 1.07.2003
  7. П. Ф. Ермолов, А. В. Кубаровский, В. А. Никитин, Поиски пентакварка продолжаются! // 2007
  8. Пентакварк — все-таки миф? // Элементы", 22.04.2005
  9. Рур, пентакварки и NICA // газета «Дубна», № 12-13, 20.03.2009
  10. 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.]
  11. Пентакварк открыт окончательно
  12. В ЦЕРНе открыли предсказанный российскими физиками пентакварк
  13. Кварки: больше трех — собираться // 18.07.2015
  14. Where has all the antimatter gone?. CERN/LHCb (2008). Дата обращения 15 июля 2015.
  15. G. Amit. Pentaquark discovery at LHC shows long-sought new form of matter. New Scientist (14 July 2015). Дата обращения 14 июля 2015.
  16. Физики подтвердили открытие пентакварка
  17. Тяжелый пентакварк окончательно подтвержден
  18. Ф. Никитиу Методы определения резонансов в фазовом анализе // ЭЧАЯ 12, 805 (1981)

Ссылки[править | править код]