Rambler's Top100Astronet    
  po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu 		 
Na saite
Astrometriya
Astronomicheskie instrumenty
Astronomicheskoe obrazovanie
Astrofizika
Istoriya astronomii
Kosmonavtika, issledovanie kosmosa
Lyubitel'skaya astronomiya
Planety i Solnechnaya sistema
Solnce

Gipoteticheskii barionnyi antidekuplet pentakvarkov Pentakvark, opyat' pentakvark?
24.03.2004 23:34 | N. V. Nikitin/Phys.Web.Ru

Versiya dlya pechati (PDF)

Predislovie perevodchika.

V poslednie mesyacy sredi eksperimental'nyh grupp razvernulas' nastoyashaya "gonka prestizha". Posle soobsheniya yaponskoi kollaboracii LEPS ob otkrytii pervogo pyatikvarkovogo sostoyaniya (etu novost' uzhe neskol'ko raz dostupno pereskazyvali v russkoyazychnom sektore Internet, naprimer, v populyarnyh zametkah [1], [2] i [3]), mnogie eksperimental'nye gruppy prinyalis' pereproveryat' svoi dannye na predmet obnaruzheniya pentakvarka $\Theta^+(1540)$ ili ego sobrat'ev po antidekupletu, sushestvovanie kotorogo bylo predskazano v teoreticheskoi rabote [4]. V predislovii i sleduyushem za nim perevode iz mezhdunarodnogo zhurnala po fizike vysokih energii "CERN Courier" rasskazyvaetsya o poslednih eksperimental'nyh otkrytiyah na puti izucheniya pentakvarkov.

Iz mnozhestva voprosov, kotorye voznikayut u lyudei, vpervye zainteresovavshihsya pentakvarkami, mozhno vydelit' tri osnovnyh.

Pervyi: chem interesny pyatikvarkovye sostoyaniya? Sleduet srazu podcherknut', chto sushestvovanie pentakvarkov ne perevorachivaet sovremennuyu kartinu mira i ne protivorechit prinyatoi na segodnyashnii den' teorii elementarnyh chastic -- tak nazyvaemoi Standartnoi Modeli (SM), kotoraya vklyuchaet v sebya kalibrovochnuyu teoriyu elektroslabyh vzaimodeistvii Gleshou-Vainberga-Salama i kalibrovochnuyu teoriyu sil'nyh vzaimodeistvii -- Kvantovuyu hromodinamiku (KHD). Bolee togo, predskazanie sushestvovaniya antidekupleta pentakvarkov yavlyaetsya pryamym sledstviem priblizhennoi SU(3)-simmetrii sil'nyh vzaimodeistvii, kotoraya voznikaet v KHD, esli schitat', chto massy treh samyh legkih kvarkov u, d i s primerno odinakovy po sravneniyu s harakternym adronnym masshtabom ~1 GeV.

Podobnaya SU(3) massovaya simmetriya yavlyaetsya pryamym obobsheniem SU(2) massovoi simmetrii sil'nyh vzaimodeistvii (izotopicheskoi simmetrii), kogda odinakovymi predpolagayutsya tol'ko massy u- i d-kvarkov. Poskol'ku konstituentnye massy u- i d-kvarkov chislenno primerno ravny mezhdu soboi, a massa konstituentnogo s-kvarka bol'she primerno v tri raza, to izotopicheskaya simmetriya v prirode realizuetsya s gorazdo bol'shei tochnost'yu, chem massovaya SU(3)-simmetriya.

Stoit podcherknut', chto obsuzhdaemuyu vyshe PRIBLIZhENNUYu SU(3)-simmetriyu sil'nyh vzaimodeistvii ni v koem sluchae nel'zya putat' s TOChNO' cvetovoi SU(3)-simmetriei sil'nyh vzaimodeistvii. Hotya, s tochki zreniya matematicheskogo apparata teorii grupp, eti dve simmetrii zadayutsya pri pomoshi odinakovyh matematicheskih preobrazovanii, no, s tochki zreniya fiziki, ih proishozhdenie imeet sovershenno razlichnuyu prirodu. Poetomu raznuyu prirodu i stepen' predskazatel'noi tochnosti imeyut sledstviya sushestvovaniya etih dvuh SU(3)-simmetrii sil'nyh vzaimodeistvii. Studentam-fizikam starshih kursov i chitatelyam s vysshim obrazovaniem, bolee podrobno zainteresovavshimsya dannym voprosom, dlya izucheniya SU(3)-simmetrii sil'nyh vzaimodeistvii "ne othodya ot komp'yutera" mozhno rekomendovat' kurs lekcii [14].

Interes uchenyh k pentakvarkam mozhno sravnit' s rabotoi mastera-gonchara, kotoryi uzhe vylepil kuvshin dlya vody, a teper' dobivaetsya ideal'noi formy ego stenok, gorlyshka i ruchki. Uchenye tozhe imeyut v svoem rasporyazhenii "kuvshin dlya opisaniya sil'nyh vzaimodeistvii" -- Kvantovuyu hromodinamiku, s momenta sozdaniya kotoroi proshlo uzhe bolee 30 let. KHD daet mnozhestvo predskazanii, v tom chisle predskazanie o vozmozhnosti sushestvovaniya v prirode sostoyanii s chetyr'mya kvarkami i odnim antikvarkom (imenno takie sostoyaniya poluchili nazvaniya "pentakvark") i, naprimer, absolyutnoi nevozmozhnosti sostoyanii s dvumya kvarkami i odnim antikvarkom. Do nedavnego vremeni ni te, ni drugie sostoyaniya ne nablyudalis'. V nastoyashee vremya "razreshennye" pentakvarki, po vsei vidimosti, nablyudayutsya v neskol'kih eksperimentah, a principial'no nevozmozhnye s tochki zreniya KHD dvukvarkovo-odnoantikvarkovye sostoyaniya po-prezhnemu ne otkryty.

Takim obrazom, nablyudenie pentakvarkov pozvolilo uchenym dopolnitel'no podtverdit' pravil'nost' KHD i poluchit' novye dannye dlya bolee detal'nogo issledovaniya sil'nyh vzaimodeistvii, inymi slovami dovesti do sovershenstva "ruchku" "kuvshina", ved' imenno sovershenstvo otlichaet vysokohudozhestvennoe tvorenie nastoyashego mastera-fizika ot gruboi podelki remeslennika-oderzhimca.

Vtoroi vopros: v kakih eshe eksperimentah, pomimo yaponskogo eksperimenta LEPS, zafiksirovany signaly ot $\Theta ^+(1540)$? Nizhe privoditsya tablica s perechnem eksperimentov, kotorye zayavili o nablyudenii $\Theta^+(1540)$, kanalov, v kotoryh eti nablyudeniya byli vypolneny, i naidenyh harakteristik $\Theta^+(1540)$-chasticy. V Tablice 1 trebuyut poyasneniya nekotorye oboznacheniya: A -- yadro (primenyaetsya dlya teh eksperimntov, v kotoryh rozhdenie pentakvarka issledovalos' v odnotipnyh reakciyah na neskol'kih yadrah), X -- vse vozmozhnye drugie chasticy (primenyaetsya dlya oboznacheniya nesushestvennyh chastic v inklyuzivnyh reakciyah), d -- deiton, $K^0_S$ -- korotkozhivushaya komponenta $K^0$-mezona.

Iz tablicy horosho vidno, chto imeetsya sushestvennyi razbros v massah pentakvarka i v ego shirinah. Odnako, vo mnogih sluchayah izmerenie shiriny limitirovalos' razreshayushei sposobnost'yu apparatury.


Tablica: Svodka eksperimental'nyh dannyh po obnaruzheniyu signala ot $\Theta ^+(1540)$. Chasticy v skobkah obrazuyut te pary, v raspredelenii po invariantnoi masse kotoryh byl obnaruzhen pentakvark. Sleduet napomnit', chto invariantnoi massoi dvuh chastic nazyvaetsya velichina $M_{inv}\, =\,\sqrt{(E_1\, +\, E_2)^2\, -\, ({\bf p}_1\, +\,{\bf p}_2)^2}$, gde $E_i$ i ${\bf p}_i$ -- energiya i impul's kazhdoi iz chastic v nekotoroi sisteme koordinat.
Eksperiment Strana Massa Shirina Reakciya Ssylka
    (MeV) (MeV)    
LEPS Yaponiya $1540\,\pm\, 10\,\pm\, 5$ 25 $\gamma\,\, ^{12}C\,\to\, (K^+\, n)\, X$ [5]
CLAS(d) SShA $1542\,\pm\, 2\,\pm\, 5$ 21 $\gamma\, d\,\to\, (K^+\, n)\, K^-\, p$ [6]
DIANA Rossiya $1539\,\pm\, 2\,\pm\, ''few''$ 9 $K^+\, Xe\,\to\, (K^0\, p)\, Xe'$ [7]
SAPHIR Germaniya $1540\,\pm\, 4\,\pm\, 2$ 25 $\gamma\, p\,\to\, (K^+\, n)\, K^0_s$ [8]
ITEF Rossiya $1533\,\pm\, 5$ 20 $\nu\, A\,\to\, (K^0_S\, p)\, X$ [9]
CLAS(p) SShA $1555\,\pm\, 1\,\pm\, 10$ $26\,\pm\, 7$ $\gamma\, p\,\to\, (K^+\, n)\, K^-\,\pi^+$ [10]
HERMES Germaniya $1528\,\pm\, 2,6\,\pm\, 2,1$ $19\,\pm\, 5\,\pm\, 2$ $e\, p\,\to\, (K^0_S\, p)\, X$ [11]
SVD-2 Rossiya $1526\,\pm\, 3\,\pm\, 3$ 24 $p\, A\,\to\, (K^0_S\, p)\, X$ [12]
ZEUS Germaniya $1527\,\pm\, 2$ -- $e\, p\,\to\, (K^0_S\, p)\, X$ [13]

Tretii: pochemu uchenye uvereny, chto oni vidyat imenno pyatikvarkovye obrazovaniya, ved' kvarki spryatany vnutri adronov i ih chislo ne poddaetsya pryamomu opredeleniyu? Prezhde vsego otmechu, chto nesmotrya na bravurnyi ton statei, osobenno v nauchno-populyarnoi periodicheskoi literature i SMI, uchenye poka sovsem ne uvereny, chto pentakvarki obnaruzheny. I, kak ni stranno, eta neuverennost' krepnet s kazhdym novym eksperimentom, soobshayushem ob obnaruzhenii ocherednogo kandidata v pentakvarki.

Kakie rassuzhdeniya priveli fizikov-eksperimentatorov k mysli, chto $\Theta^+(1540)$ est' pentakvark? Chastica $\Theta^+(1540)$ nablyudalas' v dvuh modah raspada: $\Theta^+\to K^0 p$ i $\Theta^+\to K^+ n$. Barionnye zaryady protona i neitrona ravny edinice, a kaonov -- nulyu; summarnyi barionnyi zaryad konechnoi sistemy v obeih reakciyah raven edinice. Esli by raspad $\Theta^+$ shel s narusheniem barionnogo zaryada, to pri sushestvuyushei statistike eksperimenta LEPS i ego posledovatelei podobnyi raspad bylo by nevozmozhno nablyudat' (sushestvuyut chrezvychaino zhestkie eksperimental'nye ogranicheniya na veroyatnost' narusheniya barionnogo zaryada, svyazannye, v osnovnom, s izmereniem vremeni zhizni protona na yaponskih ustanovkah KamiokaNDE i SuperKamiokaNDE). Poskol'ku raspady nablyudayutsya, to estestvenno predpolozhit', chto v dannom sluchae barionnyi zaryad sohranyaetsya, to est' ego velichina dlya $\Theta^+$ ravna edinice.

Strannost' sostoyaniya $\Theta^+(1540)$ izmeryalas' v raspade $\Theta^+\to K^+ n$. Esli predpolozhit', chto raspad idet za schet sil'nogo vzaimodeistviya (harakteristiki raspada ukazyvaet imenno na etu vozmozhnost'), to strannost' takzhe sohranyaetsya. Poskol'ku strannost' $K^+$-mezona ravna +1, to i strannost' $\Theta^+(1540)$ tozhe dolzhna byt' ravna +1, to est' chastica $\Theta^+$ dolzhna soderzhat' hotya by odin strannyi antikvark. Takim obrazom, $\Theta^+$ -- eto chastica s barionnym zaryadom +1, no soderzhashaya hotya by odin antikvark. Minimal'nym podobnym sostoyaniem mozhet byt' sostoyanie, soderzhashee chetyre kvarka i strannyi antikvark, chto sootvetstvuet teoreticheskim predskazaniyam gruppy D.D'yakonova [4].

Massa i polnaya shirina sostoyaniya $\Theta^+(1540)$ takzhe horosho soglasuyutsya s predskazaniyami gruppy D'yakonova, tak chto naibolee estestvennym predpolozheniem yavlyaetsya gipoteza, chto sostoyanie $\Theta^+(1540)$ est' pentakvark s polozhitel'noi strannost'yu iz antidekupleta legchaishih pentakvarkov. Ego ozhidaemyi kvarkovyi sostav $uudd\bar s$. Odnako, neobhodimo podcherknut' eshe raz, chto do absolyutno besspornyh suzhdenii otnositel'no prirody $\Theta^+(1540)$ ochen' daleko. Ploho stykuyushiesya drug s drugom dannye iz Tablicy 1 - l