Мезон f0(1710) может быть глюонием, частицей из чистой ядерной силы

Термины, описывающие странный мир квантовой физики, стали довольно распространенными в нашем лексиконе. Кто, к примеру, не слышал о кварках, глюонах или о коте Шредингера? Вот вам еще одно название, которое нужно запомнить: глюоний. Эта долгожданная экзотическая частица, которую, по сообщениям, обнаружили ученые Венского технологического университета, отличается тем, что состоит полностью из глюонов. Другими словами, глюоний - это частица, состоящая из чистой силы.

В 1972 году физики Мюррей Гелл-Манн и Харальд Фрич впервые задумались о возможных связанных состояниях недавно обнаруженных глюонов, и с тех пор ученые десятилетиями пытаются найти эту частицу. Так называемые частицы глюония (или глюболы) состоят из чистой силы и чрезвычайно нестабильны, наблюдать их можно лишь по распаду, когда они распадаются на частицы поменьше.

Совсем недавно, профессор физики Антон Ребан и его аспират Фредерик Бруннер из Венского технологического университета предположили, что резонанс сильного ядерного распада f0(1710), полученный из данных ряда экспериментов по столкновению частиц, является убедительным доказательством неуловимой глюбольной частицы.

Кварки - небольшие элементарные частицы, составляющие нейтроны и протоны. Связывает эти кварки вместе сильное ядерное взаимодействие, которое, в свою очередь, также объединяет и более крупные частицы.

«В физике элементарных частиц, каждая сила опосредована особого рода частицами силами, и частицей силы сильного ядерного взаимодействия является глюон», - говорит профессор Ребнан.

Элементарные частицы бывают двух типов: переносчики сил (бозоны), вроде фотонов, и составляющие вещество (фермионы), вроде электронов. В таком контексте, глюоны можно рассматривать как более сложные формы фотона. Тем не менее, поскольку фотоны являются переносчиками силы для электромагнетизма, глюоны выполняют такую же роль для сильного ядерного взаимодействия. Огромная разница между этими двумя, впрочем, заключается в том, что на глюоны может действовать их собственная сила, тогда как на фотоны нет. В результате, фотоны не могут существовать в связанном состоянии, а глюоны, притягиваемые силой друг к другу, делают частицу, состоящую из чистой силы, возможной.

Таким образом, многие исследователи полагают, что многие необъяснимые частицы, обнаруженные в процессах экспериментов на ускорителях частиц, могут указывать на присутствие частиц из чистой ядерной силы, глюболов. Другие же ученые полагают, что эти сигналы, обнаруженные в ходе экспериментов, могут быть своего рода конгломератом кварков и антикварков. Проверить это особенно трудно из-за того, что - какой бы загадочной частицей эта не была - она живет слишком мало, чтобы ее можно было обнаружить напрямую.

Тем не менее, два мезона (мезон - субатомная частица, состоящая из одного кварка и одного антикварка) f0(1500) и f0(1710) в ходе расчетов были определены как наиболее вероятные кандидаты на глюбольную частицу. Некоторое время ученые считали, что f0(1500) соответствует множеству математических критериев, оставаясь фаворитом на глюоний, но такое мнение сложилось в результате того, что многие ученые посчитали производство тяжелых (странных) кварков в распаде f0(1710) неправдоподобным из-за того, что глюонные взаимодействия обычно не различают тяжелые и легкие кварки.

«К сожалению, картину распада глюболов не удается рассчитать строго, - говорит профессор Ребан. - Наши расчеты показывают глюболы действительно могут распадаться преимущественно на странные кварки».

Несмотря на несоответствия принятому поведению кварков, картина распада, рассчитанная двумя учеными Венского технологического университета, которая показала распад на две более легкие частицы, на самом деле отлично соответствует картине, в которой проявил себя f0(1710). Ученые также показали, что возможны другие картины распада на две или больше частиц, и также определили скорость их распада.

Хотя эти альтернативные распады глюония еще предстоит измерить, два эксперимента, которые будут проведены на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе (TOTEM и LHCb) и один эксперимент на ускорителе в Пекине (BESIII) в течение нескольких ближайших месяцев, как ожидается, предоставят данные, поддерживающие гипотезу ученых TU Wien.

«Результаты будут иметь решающее значение для нашей теории, - говорит профессор Ребан. - Для таких процессов с участием множества частиц, наша теория предсказывает скорость распада, которая отличается от других, предсказанных более простыми моделями. Если измерения согласуются с нашими расчетами, это будет замечательный успех нашего подхода».

Если измерения и расчеты действительно согласуются, f0(1710) будет глюболом с высокой степенью достоверности. Такое подтверждение в очередной раз продемонстрирует, что исследования высокоразмерной гравитации могут быть эффективно использованы для решения проблем физики элементарных частиц. По словам исследователей, это станет еще одним мощным подтверждением общей теории относительности Эйнштейна, которой исполнится сто лет в следующем месяце.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Пекин