Реферат: Пентакварк, опять пентакварк?
Название: Пентакварк, опять пентакварк? Раздел: Рефераты по науке и технике Тип: реферат | ||||||
Николай Никитин, НИИЯФ МГУ В последние месяцы среди экспериментальных групп развернулась настоящая "гонка престижа". После сообщения японской коллаборации LEPS об открытии первого пятикваркового состояния (эту новость уже несколько раз доступно пересказывали в русскоязычном секторе Интернет, например, в популярных заметках [1], [2] и [3]), многие экспериментальные группы принялись перепроверять свои данные на предмет обнаружения пентакварка Из множества вопросов, которые возникают у людей, впервые заинтересовавшихся пентакварками, можно выделить три основных. Первый: чем интересны пятикварковые состояния? Следует сразу подчеркнуть, что существование пентакварков не переворачивает современную картину мира и не противоречит принятой на сегодняшний день теории элементарных частиц -- так называемой Стандартной Модели (СМ), которая включает в себя калибровочную теорию электрослабых взаимодействий Глэшоу-Вайнберга-Салама и калибровочную теорию сильных взаимодействий -- Квантовую хромодинамику (КХД). Более того, предсказание существования антидекуплета пентакварков является прямым следствием приближенной SU(3)-симметрии сильных взаимодействий, которая возникает в КХД, если считать, что массы трех самых легких кварков u, в и s примерно одинаковы по сравнению с характерным адронным масштабом ~1 ГэВ. Подобная SU(3) массовая симметрия является прямым обобщением SU(2) массовой симметрии сильных взаимодействий (изотопической симметрии), когда одинаковыми предполагаются только массы u- и d-кварков. Поскольку конституентные массы u- и d-кварков численно примерно равны между собой, а масса конституентного s-кварка больше примерно в три раза, то изотопическая симметрия в природе реализуется с гораздо большей точностью, чем массовая SU(3)-симметрия. Стоит подчеркнуть, что обсуждаемую выше ПРИБЛИЖЕННУЮ SU(3)-симметрию сильных взаимодействий ни в коем случае нельзя путать с ТОЧНОЙ цветовой SU(3)-симметрией сильных взаимодействий. Хотя, с точки зрения математического аппарата теории групп, эти две симметрии задаются при помощи одинаковых математических преобразований, но, с точки зрения физики, их происхождение имеет совершенно различную природу. Поэтому разную природу и степень предсказательной точности имеют следствия существования этих двух SU(3)-симметрий сильных взаимодействий. Студентам-физикам старших курсов и читателям с высшим образованием, более подробно заинтересовавшимся данным вопросом, для изучения SU(3)-симметрий сильных взаимодействий "не отходя от компьютера" можно рекомендовать курс лекций [14]. Интерес ученых к пентакваркам можно сравнить с работой мастера-гончара, который уже вылепил кувшин для воды, а теперь добивается идеальной формы его стенок, горлышка и ручки. Ученые тоже имеют в своем распоряжении "кувшин для описания сильных взаимодействий" -- Квантовую хромодинамику, с момента создания которой прошло уже более 30 лет. КХД дает множество предсказаний, в том числе предсказание о возможности существования в природе состояний с четырьмя кварками и одним антикварком (именно такие состояния получили названия "пентакварк") и, например, абсолютной невозможности состояний с двумя кварками и одним антикварком. До недавнего времени ни те, ни другие состояния не наблюдались. В настоящее время "разрешенные" пентакварки, по всей видимости, наблюдаются в нескольких экспериментах, а принципиально невозможные с точки зрения КХД двукварково-одноантикварковые состояния по-прежнему не открыты. Таким образом, наблюдение пентакварков позволило ученым дополнительно подтвердить правильность КХД и получить новые данные для более детального исследования сильных взаимодействий, иными словами довести до совершенства "ручку" "кувшина", ведь именно совершенство отличает высокохудожественное творение настоящего мастера-физика от грубой поделки ремесленника-одержимца. Второй вопрос: в каких еще экспериментах, помимо японского эксперимента LEPS, зафиксированы сигналы от Из таблицы хорошо видно, что имеется существенный разброс в массах пентакварка и в его ширинах. Однако, во многих случаях измерение ширины лимитировалось разрешающей способностью аппаратуры. Третий: почему ученые уверены, что они видят именно пятикварковые образования, ведь кварки спрятаны внутри адронов и их число не поддается прямому определению? Прежде всего отмечу, что несмотря на бравурный тон статей, особенно в научно-популярной периодической литературе и СМИ, ученые пока совсем не уверены, что пентакварки обнаружены. И, как ни странно, эта неуверенность крепнет с каждым новым экспериментом, сообщающем об обнаружении очередного кандидата в пентакварки. Какие рассуждения привели физиков-экспериментаторов к мысли, что Странность состояния Масса и полная ширина состояния Необходимо обратить внимание сетевых читателей на одну тонкость: невозможно ПРЯМО измерить странность пентакварка по распаду Н.Никитин Новые пятикварковые состояния найдены в CERNе Прошло всего несколько месяцев после вспышки энтузиазма, вызванной почти одновременным наблюдением сразу в нескольких экспериментах новой частицы, состоящей из пяти кварков, -- а уже приходят сообщения о наблюдении других пятикварковых состояний, родственных первому.
Рис.1: Гипотетический барионный антидекуплет пентакварков. Эти состояния образуют треугольник. Возможно, что в настоящее время открыты три состояния, лежащие на сторонах этого треугольника (обведены кружками). Предложенная в 1960-х годах кварковая модель оказалась весьма удачной для описания известных барионов как связанных состояний трех кварков. Однако, Квантовая хромодинамика не запрещает существование барионов, содержащих и более трех "кирпичиков". Поиски таких многокварковых состояний велись много лет, но до недавнего времени экспериментально не было обнаружено ни одного приемлемого кандидата. Новый импульс поискам придали теоретические работы Дмитрия Дьяконова, Виктора Петрова и Максима Полякова. Российские теоретики предсказали, что массы легчайших пентакварков (то есть состояний вида
Рис.: а) Суммарное распределение инвариантных масс В эксперименте NA49, который проводится в CERN-е на ускорителе SPS (Super Proton Synchrotron), велись поиски состояния Пики с фактически одинаковой массой были зарегистрированы в распределениях по инвариантной массе для Представленная выше статья из журнала "CERN Courier" является достаточно краткой. Поэтому при ее прочтении может возникнуть неясность, развеять которую и призвано послесловие. Во-первых, все барионы, в состав которых входит два странных кварка, принято обозначать буквой На самом деле, в эксперименте NA49 искали распады вида Во всех четырех случаях были найдены пики при массе около 1860 МэВ, что указывает либо на отличное выполнение изотопической симметрии в пентакварковом антидекуплете, либо на невыясненные пока методические ошибки эксперимента. Последние теоретические предсказания [16] (январь 2004 г.) для масс уже наблюдавшихся в экспериментах пентакварков дают следующие значения: Видно, что экспериментальные результаты для масс предполагаемых В феврале 2004 года свои данные по поиску пентакварков опубликовала китайская коллаборация BES-II (Beijing Spectrometer-II) [17]. Они пытались найти пентакварки в эксклюзивных реакциях
При статистике в 14 миллионов Результат коллаборации BES-II не противоречит гипотезе о существовании пентакварков. Действительно, если масса Масса Приведенные выше рассуждения по поводу результатов коллаборации BES-II в настоящее время активно циркулируют среди физиков-теоретиков всего мира. Можно надеяться, что в ближайшее время результаты BES-II могут быть проверены и улучшены на установках CLEO, BaBar и BELLE. 1 И.Иванов, "Текущие открытия в ФЭЧ: открытие бариона с положительной странностью", http://www.scientific.ru/spark/zplus.html 2 Н.Никитин, "Экзотические многокварковые состояния. Как обстоят дела на сегодняшний день?", http://phys.web.ru/db/msg/1187352/ 3 А.Крашенинников, "Пентакварк существует", http://phys.web.ru/db/msg/1186499/ 4 D.Diakonov et al., Z.Phys.A359 (1997), p.305. 5 T.Nakano et al., Phys.Rev.Lett.91 (2003), 012002. 6 S.Stepanyan et al., Phys.Rev.Lett.91 (2003), 252001. 7 V.V.Barmin et al., Phys.Atom.Nucl.66 (2003), p.1715. 8 J.Barth et al., hep-ex/0307083. 9 A..E. Asratyan, A.G.Dolgolenko, M.A.Kubantsev, hep-ex/0309042. 10 V.Kubarovsky et. al. hep-ex/0311046. 11 A.Airapetian et al., hep-ex/0312044. 12 A.Aleev et al., hep-ex/0401024. 13 По материалам доклада на семинаре в DESY. 14 Б.В.Мартемьянов, "Девять лекций по кварковой структуре адронов", http://www.pereplet.ru/pops/quark/quark.html 15 C.Alt et al., hep-ex/0310014. 16 J.Ellis, M.Karliner, M.Praszalowicz, hep-ph/0401127. 17 J.Z.Bai et al., hep-ex/0402012. |