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

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

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

6 комментариев

  • 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 величины, в то время как ATLAS дает неизменный результат. В связи с этим возникает подозрение, что особенности детекторов могли сыграть роль и в «ревизии» пентакварков.

  • 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:

    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 энергий могут быть поставлены лишь большими коллаборациями (есть статьи, где больше тысячи соавторов), которые организованы подобно государствам. Как и государства, они имеют склонность к бюрократизации и недостатку самокритики (показательна недавняя публикация о движении нейтрино быстрее света). С другой стороны, как и в случае государств, большие коллаборации имеют больше возможностей для «проталкивания» своих позиций. А нулевые результаты по пентакварку «с большой статистикой» получены именно большими коллаборациями. Поэтому в «общественном мнении» закрепили утверждение, что пентакварков не существует (курьез, но факт: те же большие коллаборации с большим энтузиазмом планируют интенсивные поиски многокварковых мезонов). К счастью, природа не всегда соглашается с решениями и резолюциями собраний, даже научных. Известно, например, что Парижская Академия принимала решение не только о невозможности вечного двигателя, но и о том, что на Землю не могут падать камни из космоса. Сегодня, особенно после недавнего Челябинского болида, это решение интересно лишь для понимания того, как такие решения оказываются

    возможными. Возвращаясь к пентакваркам, следует отметить, что уже после

    «официального объявления о смерти» пентакварка группы LEPS и DIANA опубликовали

    добавочные данные, подтверждающие наблюдения пентакварка. Более того, как упомянуто в заметке В.Петрова, в данных коллаборации CLAS, сыгравшей большую психологическую роль в «закрытии» пентакварка, обнаружились указания на его проявление (результат опубликован в Phys. Rev. C 85 (2012) 035209). Работа продолжается, и недавно на конференции в Японии группа LEPS представила новые предварительные результаты. Они показывают, повидимому, что удалось нащупать путь, который поможет сделать существование пентакварка более убедительным, чем было до сих пор. Так что история не окончена, а сообщения о смерти пентакварка, как и в случае Марка Твена, являются преувеличением.

    P.S. Я специально несколько задержал свой комментарий, чтобы его невозможно было воспринять как первоапрельскую шутку.

    • 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:

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

  • 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?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com