В поисках пентакварка

На фото слева направо: Дмитрий Дьяконов, Виктор Петров и Максим Поляков
На фото сле­ва напра­во: Дмит­рий Дья­ко­нов, Вик­тор Пет­ров и Мак­сим Поля­ков

С ухо­дом доб­ро­го дру­га нашей газе­ты физи­ка Дмит­рия Дья­ко­но­ва не ути­ха­ют спо­ры, а был ли он прав, пред­ска­зы­вая суще­ство­ва­ние пен­та­к­вар­ка или нет, ищут ли уче­ные сей­час какой-то нью-пен­та­к­варк или нет. ТрВ-Нау­ка обра­тил­ся к дру­гу и соав­то­ру Дмит­рия Иго­ре­ви­ча — докт. физ.-мат. наук, зав. сек­то­ром силь­ных вза­и­мо­дей­ствий Тео­ре­ти­че­ско­го отде­ла ПИЯФ Вик­то­ру Пет­ро­ву с прось­бой рас­ска­зать, како­ва ситу­а­ция с экзо­ти­че­ски­ми части­ца­ми, пред­ска­зан­ны­ми в рабо­тах Д. Дья­ко­но­ва.

Все извест­ные силь­но вза­и­мо­дей­ству­ю­щие части­цы (адро­ны) состо­ят либо из квар­ка-анти­квар­ка (мезо­ны), либо из трех квар­ков (бари­о­ны). Вопрос о том, поче­му не может быть адро­нов, устро­ен­ных ина­че, вол­но­вал людей с само­го появ­ле­ния квар­ко­вой моде­ли, и уж тем более, когда ста­ло ясно, что пра­виль­ной тео­ри­ей силь­ных вза­и­мо­дей­ствий явля­ет­ся кван­то­вая хро­мо­ди­на­ми­ка.

Дей­стви­тель­но, поче­му бы не суще­ство­вать адро­нам, состав­лен­ным из двух кварк-анти­квар­ко­вых пар (тет­ра­квар­ков), трех квар­ков и одной кварк-анти­квар­ко­вой пары (пен­та­к­вар­ков) или даже вовсе не содер­жа­щим квар­ки, а состо­я­щим из одних глю­о­нов (глю­бо­лов) и т.д. Ника­кие нам извест­ные зако­ны не запре­ща­ют суще­ство­ва­ние таких частиц.

Хуже того, посколь­ку в явле­ни­ях мик­ро­ми­ра мы име­ем дело с кван­то­вой меха­ни­кой во всей ее кра­се, мы зна­ем, что даже хоро­шо нам извест­ные части­цы (такие, как про­тон и ней­трон), кото­рые состо­ят из трех квар­ков, ино­гда состо­ят из четы­рех квар­ков и одно­го анти­квар­ка. Веро­ят­ность такой кон­фи­гу­ра­ции для нук­ло­на, види­мо, неве­ли­ка, одна­ко она не запре­ще­на, и никто не сомне­ва­ет­ся, что она реа­ли­зу­ет­ся.

Части­цы, кото­рые нель­зя постро­ить из трех квар­ков или квар­ка-анти­квар­ка, назы­ва­ют экзо­ти­че­ски­ми. Поис­ки экзо­ти­че­ских частиц ведут­ся уже мно­го лет, одна­ко до сих пор нель­зя ска­зать, что такие части­цы были бы твер­до обна­ру­же­ны. Мы пого­во­рим здесь об одной из таких попы­ток, отно­ся­щей­ся к поис­ку новых бари­о­нов — пен­та­к­вар­ков.

Анти-15-плет чармованных барионов, предсказанный в 2010 году
Анти-15-плет чар­мо­ван­ных бари­о­нов, пред­ска­зан­ный в 2010 году

Основ­ная труд­ность в поис­ке экзо­ти­ки состо­ит в том, что неиз­вест­но, где искать. В 1997 году в нашей рабо­те (Дмит­рий Дья­ко­нов, Вик­тор Пет­ров, Мак­сим Поля­ков) мы сде­ла­ли очень опре­де­лен­ные пред­ска­за­ния для экзо­ти­че­ско­го бари­о­на — он дол­жен иметь мас­су 1540 МэВ и быть необыч­но узким (т.е. жить ненор­маль­но дол­го). Это пред­ска­за­ние было сде­ла­но исхо­дя из тео­рии, раз­ви­той ранее. Эта тео­рия хоро­шо рабо­та­ла для обыч­ных бари­о­нов, таких, как про­тон или сиг­ма-гипе­рон. В общем для тех, кото­рые мож­но соста­вить из трех квар­ков.

Конеч­но, неиз­вест­но, мож­но ли при­ме­нить эти пред­став­ле­ния для экзо­ти­че­ских пен­та­к­вар­ков, одна­ко сто­и­ло попро­бо­вать. На самом деле была пред­ска­за­на не одна, а десять новых частиц (экзо­ти­че­ский анти­де­куп­лет), одна­ко лег­чай­шим и самым необыч­ным из них был бари­он, состо­я­щий из uudd bar{s} квар­ков. По пред­ло­же­нию Д. Дья­ко­но­ва, его ста­ли назы­вать Θ-бари­о­ном.

Посколь­ку пред­ска­за­ние свойств Θ были весь­ма одно­знач­ны­ми, мно­гие экс­пе­ри­мен­таль­ные груп­пы заин­те­ре­со­ва­лись его поис­ка­ми. В 2003 году он, каза­лось бы, был «открыт» (япон­ской груп­пой LEPS и почти одно­вре­мен­но еще несколь­ки­ми груп­па­ми, в том чис­ле груп­пой DIANA из ИТЭФ и CLAS из Jefferson Lab, США). Десят­ки групп по все­му миру вклю­чи­лись в его поис­ки, и сви­де­тель­ства суще­ство­ва­ния Θ были полу­че­ны во мно­гих экс­пе­ри­мен­тах.

Одно­вре­мен­но, одна­ко, нарас­тал и скеп­ти­цизм по пово­ду дан­но­го бари­о­на: во мно­гих экс­пе­ри­мен­тах он не наблю­дал­ся, при­чем эти экс­пе­ри­мен­ты зача­стую име­ли боль­шую ста­ти­сти­ку и были более убе­ди­тель­ны­ми, чем те, в кото­рых он наблю­дал­ся. Нако­нец, скеп­ти­че­ская линия воз­об­ла­да­ла после экс­пе­ри­мен­та, про­ве­ден­но­го в JLAB. В этом экс­пе­ри­мен­те были «закры­ты» соб­ствен­ные (!) наблю­де­ния этой груп­пы, про­ве­ден­ные годом-дву­мя ранее. Мне­ние науч­но­го сооб­ще­ства скло­ни­лось к тому, что Θ-бари­он не суще­ству­ет.

Одна­ко неко­то­рые наблю­де­ния поко­ле­бать не уда­лось. Так, груп­па LEPS опуб­ли­ко­ва­ла недав­но новые дан­ные, кото­рые опять под­твер­жда­ют суще­ство­ва­ние Θ. Д. Дья­ко­нов, М. Поля­ков и М. Ама­рян пред­ло­жи­ли так­же новый метод наблю­де­ния Θ бари­о­на. Новый ана­лиз дан­ных JLAB (Jefferson Lab, США) c помо­щью это­го мето­да пока­зы­ва­ет, что Θ мож­но видеть из тех самых дан­ных, на осно­ва­нии кото­рых груп­па JLAB заяви­ла об окон­ча­тель­ном «закры­тии» Θ. Нако­нец, в послед­нее вре­мя появи­лись сви­де­тель­ства о суще­ство­ва­нии дру­гой части­цы из экзо­ти­че­ско­го анти­де­куп­ле­та — нук­ло­на из пяти квар­ков (его мас­са — 1685 МэВ). В общем, похо­же, эта дра­ма­ти­че­ская исто­рия еще не закон­че­на.

Тем вре­ме­нем в 2010 году Дмит­ри­ем Дья­ко­но­вым было сде­ла­но новое пред­ска­за­ние о суще­ство­ва­нии ново­го клас­са пен­та­к­вар­ков — бари­о­нов, содер­жа­щих тяже­лые квар­ки (c-кварк или b-кварк). На сей раз речь идет о 15 экзо­ти­че­ских части­цах, лег­чай­ши­ми из кото­рых явля­ют­ся дуб­лет βс-бари­о­нов, квар­ко­вый состав кото­рых cuud bar{s}, а так­же cudd bar{s}. Они долж­ны быть очень лег­ки­ми: их мас­са была оце­не­на в 2420 МэВ. Заме­тим, что это ниже поро­га воз­мож­ных силь­ных рас­па­дов этих бари­о­нов (типич­ный рас­пад ΛcK име­ет порог 2780 МэВ). Ина­че гово­ря, β-бари­о­ны долж­ны рас­па­дать­ся толь­ко за счет сла­бо­го вза­и­мо­дей­ствия, т.е. жить очень дол­го.

Это не пер­вые пен­та­к­вар­ки, сде­лан­ные из тяже­лых квар­ков, кото­рые рас­смат­ри­ва­лись в миро­вой лите­ра­ту­ре, одна­ко впер­вые речь идет о столь лег­ких и дол­го живу­щих части­цах. Удоб­ным инстру­мен­том для поис­ка β-бари­о­нов может ока­зать­ся БАК. Дело не в том, что этот уско­ри­тель име­ет очень боль­шую энер­гию, а в том, что его све­ти­мость очень высо­ка. Даже самые пес­си­ми­сти­че­ские оцен­ки дают поряд­ка 106 рож­да­ю­щих­ся β-бари­о­нов в год.

Мно­го­лет­ние отри­ца­тель­ные резуль­та­ты по поис­ку экзо­ти­че­ских частиц при­ве­ли к тому, что мно­гие уве­ро­ва­ли в их отсут­ствие и даже не заду­мы­ва­ют­ся над объ­яс­не­ни­ем это­го более чем стран­но­го фак­та. Откры­тие таких состо­я­ний (напри­мер, пен­та­к­вар­ков) было бы воз­вра­ще­ни­ем к здра­во­му смыс­лу.

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
5 Цепочка комментария
1 Ответы по цепочке
0 Подписки
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
6 Авторы комментариев
Владимир КtaissАлександрЯковБорис Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
Уведомление о
Александр
Александр

К сожа­ле­нию, ни в дан­ной ста­тье, ни в науч­ных пуб­ли­ка­ци­ях по теме пока не пред­при­ня­та попыт­ка объ­яс­не­ния самой глав­ной стран­но­сти: того, что мак­си­мум на 1540 Мэв сна­ча­ла отчет­ли­во наблю­дал­ся, а затем, по мере накоп­ле­ния ста­ти­сти­ки и «улуч­ше­ния» тех­ни­ки экс­пе­ри­мен­та, он стал «про­се­дать» и, нако­нец, пол­но­стью исчез. Заин­те­ре­со­ван­ные в пен­та­к­вар­ках тео­ре­ти­ки гово­рят, что экс­пе­ри­мен­та­то­ры уже не те, а экс­пе­ри­мен­та­то­ры даже не пыта­ют­ся объ­яс­нить при­чи­ну сво­их пер­вых «оши­боч­ных» наблю­де­ний, дове­ряя лишь самым позд­ним резуль­та­там. Любо­пыт­но, что ана­ло­гич­ная ситу­а­ция сло­жи­лась с бозо­ном Хиггса. Если вна­ча­ле оба детек­то­ра (CMS и ATLAS) пока­зы­ва­ли сход­ную ампли­ту­ду мак­си­му­ма хигг­сов­ско­го сиг­на­ла, то после набо­ра ста­ти­сти­ки сиг­нал CMS тоже начал «про­се­дать» и теперь дошел до непри­лич­но низ­кой… Подробнее »

Борис
Борис

Алек­сандр, каса­тель­но пен­то­квар­ка и его «глав­ной стран­но­сти», име­ет­ся сле­ду­ю­щая точ­ка зре­ния (см Phys. Rev. D 76(2007) 074025, Influence of experimental resolution on the statistical significance of a signal: Implication for pentaquark searches). Экс­пе­ри­мен­ты, услов­но мож­но поде­лить на две груп­пы. «Ста­рые», выпол­нен­ные по мето­ди­ке пузырь­ко­вых камер, с мини­маль­ным сло­ем веще­ства на пути про­дук­тов рас­па­да резо­нан­са (протон+каон). И новые элек­трон­ные экс­пе­ри­мен­ты («улуч­шен­ные»), где вбли­зи обла­сти вза­и­мо­дей­ствия допол­ни­тель­ное веще­ство вер­шин­ных детек­то­ров. Так вот, сиг­нал пен­та­к­вар­ка хоро­шо наблю­да­ем в пер­вом клас­се экс­пе­ри­мен­тов, и пло­хо – во вто­ром. При­чи­на: вто­рич­ный про­тон с импуль­сом менее 2 ГэВ теря­ет зна­чи­тель­ную долю энер­гии в пере­рас­се­я­ни­ях в веще­стве «улуч­шен­ных» детек­то­ров и сиг­нал «тонет» в ком­би­на­тор­ном фоне.

Яков
Яков

Отве­чая на недо­уме­ние Алек­сандра, Борис сде­лал упор на роль раз­ре­ше­ния в раз­ных экс­пе­ри­мен­тах. Но есть и дру­гая сто­ро­на про­бле­мы. Раз­ные экс­пе­ри­мен­ты по поис­кам пен­та­к­вар­ков исполь­зу­ют очень раз­ные реак­ции и кине­ма­ти­че­ские усло­вия. Меж­ду тем, надеж­ное коли­че­ствен­ное пони­ма­ние меха­низ­ма рож­де­ния мно­го­квар­ко­вых адро­нов сего­дня отсут­ству­ет. В ста­тье, опуб­ли­ко­ван­ной в Phys. Rev. D 76 (2007) 074013 (в том же выпус­ке, что и ста­тья, на кото­рую сослал­ся Борис), пока­за­но, что при опре­де­лен­ных каче­ствен­ных пред­став­ле­ни­ях об этом меха­низ­ме все суще­ству­ю­щие дан­ные не про­ти­во­ре­чат друг дру­гу. Про­сто опы­ты, собрав­шие боль­шую ста­ти­сти­ку, постав­ле­ны в усло­ви­ях, когда рож­де­ние пен­та­к­вар­ков суще­ствен­но подав­ле­но. Поче­му же сло­жи­лось мне­ние, что наблю­де­ния пен­та­к­вар­ков были оши­боч­ны­ми? Е сожа­ле­нию, мно­гие нынеш­ние экс­пе­ри­мен­ты по физи­ке высо­ких… Подробнее »

Владимир К
Владимир К

Предубеж­де­ние про­тив пен­та­к­вар­ков, кото­рое воз­ник­ло и суще­ство­ва­ло – по мне­нию Яко­ва – бла­го­да­ря роли и вли­я­нию боль­ших кол­ла­бо­ра­ций, выгля­де­ло доволь­но стран­но.
Неко­то­рые хоро­шие физи­ки (напри­мер, один из веду­щих экс­пе­ри­мен­та­то­ров ИТЭФ, М.Данилов) так­же были настро­е­ны про­тив, по неиз­вест­ным мне при­чи­нам.
Недав­нее откры­тие кол­ла­бо­ра­ци­ей LHCb пен­та­к­вар­ков со скры­тым оча­ро­ва­ни­ем навер­ное испра­вит ситу­а­цию и при­ве­дет к более объ­ек­тив­но­му отно­ше­нию преж­них скеп­ти­ков к этим инте­рес­ным части­цам.

Александр
Александр

Борис и Яков, огром­ное спа­си­бо за ссыл­ки на лите­ра­тур­ные источ­ни­ки и очень инте­рес­ные ком­мен­та­рии.

taiss
taiss

Про­сти­те, я даже не знаю, к кому сей­час обращаюсь…а как бы Вы отре­а­ги­ро­ва­ли, если бы чело­век очень дале­кий от физи­ки сде­лал весь­ма сме­лое заяв­ле­ние, что ему ста­ло извест­но не толь­ко о суще­ство­ва­нии пен­та­к­вар­ков, но и о 30-ти вари­ан­тах их обра­зо­ва­ния, сре­ди кото­рых есть абсо­лют­но пра­виль­ные, про­сто пра­виль­ные и не пра­виль­ные вари­ан­ты?… а кро­ме того, назвал бы эво­лю­ци­он­ную функ­цию этой квазичастицы…а так­же рас­ска­зал бы то же самое о сеп­тем­квар­ке, кото­рый тоже суще­ству­ет и может быть обра­зо­ван 10-тью вари­ан­та­ми соеди­не­ния квар­ков?

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: