
24.03.2004 23:34 | N. V. Nikitin/Phys.Web.Ru
- Predislovie perevodchika.
- Novye pyatikvarkovye sostoyaniya naideny v CERNe
- Nekotorye dopolneniya i poyasneniya perevodchika k stat'e
- Zadachi
- Literatura
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
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 ?
Nizhe privoditsya tablica
s perechnem eksperimentov, kotorye zayavili o nablyudenii
,
kanalov, v kotoryh eti nablyudeniya byli vypolneny, i naidenyh harakteristik
-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,
-- korotkozhivushaya komponenta
-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.
Eksperiment | Strana | Massa | Shirina | Reakciya | Ssylka |
(MeV) | (MeV) | ||||
LEPS | Yaponiya |
![]() |
25 |
![]() |
[5] |
CLAS(d) | SShA |
![]() |
21 |
![]() |
[6] |
DIANA | Rossiya |
![]() |
9 |
![]() |
[7] |
SAPHIR | Germaniya |
![]() |
25 |
![]() |
[8] |
ITEF | Rossiya | ![]() |
20 | ![]() |
[9] |
CLAS(p) | SShA | ![]() |
![]() |
![]() |
[10] |
HERMES | Germaniya | ![]() |
![]() |
![]() |
[11] |
SVD-2 | Rossiya | ![]() |
24 | ![]() |
[12] |
ZEUS | Germaniya | ![]() |
-- | ![]() |
[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
est' pentakvark? Chastica
nablyudalas' v dvuh
modah raspada:
i
. Barionnye zaryady
protona i neitrona ravny edinice, a kaonov -- nulyu; summarnyi barionnyi
zaryad konechnoi sistemy v obeih reakciyah raven edinice. Esli by raspad
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
ravna edinice.
Strannost' sostoyaniya
izmeryalas' v raspade
. Esli
predpolozhit', chto raspad idet za schet sil'nogo vzaimodeistviya (harakteristiki
raspada ukazyvaet imenno na etu vozmozhnost'), to strannost' takzhe sohranyaetsya.
Poskol'ku strannost'
-mezona ravna +1, to i strannost'
tozhe dolzhna byt' ravna +1, to est' chastica
dolzhna soderzhat' hotya
by odin strannyi antikvark. Takim obrazom,
-- 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
takzhe horosho soglasuyutsya s
predskazaniyami gruppy D'yakonova, tak chto naibolee estestvennym predpolozheniem
yavlyaetsya gipoteza, chto sostoyanie
est' pentakvark s
polozhitel'noi strannost'yu iz antidekupleta legchaishih pentakvarkov. Ego
ozhidaemyi kvarkovyi sostav
.
Odnako, neobhodimo podcherknut' eshe
raz, chto do absolyutno besspornyh suzhdenii otnositel'no prirody
ochen' daleko. Ploho stykuyushiesya drug s drugom dannye iz Tablicy 1
- luchshee etomu podtverzhdenie.
Neobhodimo obratit' vnimanie setevyh chitatelei na odnu tonkost':
nevozmozhno PRYaMO izmerit' strannost' pentakvarka po raspadu ,
poskol'ku osnovnoi modoi, po kotoroi eksperimental'no obnaruzhivaetsya
-mezon, yavlyaetsya raspad
, idushii za schet slabogo
vzaimodeistviya i, sledovatel'no, narushayushii strannost'.
N.Nikitin
Novye pyatikvarkovye sostoyaniya naideny v CERNe
"New five-quark states found at CERN"
by Tome Anticic, Kreso Kadija, Tatjana Susa and Peter Seyboth)
Proshlo vsego neskol'ko mesyacev posle vspyshki entuziazma, vyzvannoi pochti odnovremennym nablyudeniem srazu v neskol'kih eksperimentah novoi chasticy, sostoyashei iz pyati kvarkov, -- a uzhe prihodyat soobsheniya o nablyudenii drugih pyatikvarkovyh sostoyanii, rodstvennyh pervomu.
![]() |
Predlozhennaya v 1960-h godah kvarkovaya model' okazalas' ves'ma udachnoi
dlya opisaniya izvestnyh barionov kak svyazannyh sostoyanii treh kvarkov.
Odnako, Kvantovaya hromodinamika (KHD) ne zapreshaet sushestvovanie barionov,
soderzhashih i bolee treh "kirpichikov". Poiski takih mnogokvarkovyh sostoyanii
velis' mnogo let, no do nedavnego vremeni eksperimental'no ne bylo
obnaruzheno ni odnogo priemlemogo kandidata. Novyi impul's poiskam pridali
teoreticheskie raboty Dmitriya D'yakonova, Viktora Petrova i Maksima Polyakova.
Rossiiskie teoretiki predskazali, chto massy legchaishih pentakvarkov (to est'
sostoyanii vida ), vhodyashih v barionnyi antidekuplet (sm.
ris.1), sravnitel'no neveliki i chto shirina raspada samogo
legkogo
iz pentakvarkov dolzhna byt' chrezvychaino uzkoi [4]. Nedavnee
nablyudenie takogo sostoyaniya, poluchivshego oboznachenie
, otkrylo
novuyu glavu v barionnoi spektroskopii. Ozhidaetsya, chto issledovanie
prol'et novyi svet na povedenie sil'nyh vzaimodeistvii v neperturbativnoi
oblasti (N.N.: to est' v oblasti, v kotoroi neprimenima teoriya vozmushenii).
yavlyaetsya ekzoticheskim barionom, poskol'ku on ne mozhet sostoyat'
iz
treh kvarkov. Eto verno i dlya dvuh drugih chlenov barionnogo
antidekupleta, obvedennyh na ris.1 krasnymi kruzhkami, kotorye
imeyut strannost' S = -2, zaryady Q = -2 i 0
sootvetstvenno i vhodyat v izotopicheskii kvartet
-chastic (N.N.:
napomnyu,
chto eta zagadochnaya grecheskaya bukva chitaetsya KSI).
![]() |
V eksperimente NA49, kotoryi provoditsya v CERN-e na uskoritele SPS (Super Proton
Synchrotron), velis' poiski sostoyaniya i
v proton-protonnyh
stolknoveniyah pri energii 158 GeV [15]. Treki chastic, rodivshihsya
v protonnyh stolknoveniyah, registrirovalis' v chetyreh bol'shih kamerah,
napolnennyh gazom. Vysokoe razreshenie dostigalos' pri pomoshi tochnoi
rekonstrukcii traektorii i impul'sov chastic, v to vremya kak identifikaciya
chastic provodilas' po ih ionizacionnym poteryam v gaze. Rekonstrukciya
vershin vtorichnyh raspadov dala vozmozhnost' nablyudat' slozhnye cepochki raspadov
pentakvarkovyh sostoyanii. Posle podavleniya fona pri pomoshi podhodyashih
eksperimental'nyh ogranichenii v raspredelenii po invariantnoi masse
-sistemy byl obnaruzhen uzkii pik na urovne 5,6 standartnogo
otkloneniya.
Etot pik sootvetstvoval invariantnoi masse 1,862
0,002 GeV/c2
(sm. ris.2). Real'naya shirina pika dolzhna byt' men'she,
chem
nablyudaemaya polnaya shirina na poluvysote pika, kotoraya ravna
0,017 GeV/c2 i sopostavima s razresheniem eksperimental'noi ustanovki.
Piki s fakticheski odinakovoi massoi byli zaregistrirovany v raspredeleniyah
po invariantnoi masse dlya - i
-sistem, a takzhe
dlya sistem, sostoyashih iz ih antichastic. Signal ot
naiden ne
byl. Eto svyazano s tem, chto dlya kanala
, v kotorom potencial'no
mozhno nablyudat'
, situaciya s fonom znachitel'no huzhe. Ekzoticheskie
bariony
(s zaryadom Q = -2 i strannost'yu S = -2)
i
(Q = 0, S = -2) yavlyayutsya horoshimi kandidatami
v izospinovyi kvartet pentakvarkov na rol' sostoyanii s kvarkovym sostavom
i
sootvetstvenno (sm. ris.1).
Otkrytie
etih sostoyanii yavlyaetsya vazhnym shagom na puti podtverzhdeniya sushestvovaniya
pentakvarkovogo barionnogo antidekupleta.
Nekotorye dopolneniya i poyasneniya perevodchika k stat'e
Predstavlennaya vyshe stat'ya iz zhurnala "CERN Courier" yavlyaetsya dostatochno kratkoi. Poetomu pri ee prochtenii mozhet vozniknut' neyasnost', razveyat' kotoruyu i prizvano posleslovie.
Vo-pervyh, vse bariony, v sostav kotoryh vhodit dva strannyh kvarka, prinyato
oboznachat' bukvoi . Poetomu dva predpolagaemyh pyatikvarkovyh sostoyaniya
s kvarkovym sostavom
i
sootvetstvenno,
a takzhe odin iz
produktov ih raspada, imeyushii kvarkovyi sostav
, v stat'e oboznacheny
odinakovo (chto yavlyaetsya neudachnym s tochki zreniya pervogo
znakomstva s predmetom).
Na samom dele, v eksperimente NA49 iskali raspady vida
i
,
kotorye v podavlyayushem chisle sluchaev idut za schet sil'nogo vzaimodeistviya.
Esli prinyat', chto pentakvarki
imeyut massu okolo 1860 MeV, to na yazyke
elementarnyh chastic eti raspady mozhno zapisat' v vide:
i
, gde
-- eto horosho
izvestnyi barion iz izotopicheskogo dubleta
,
imeyushii kvarkovyi sostav
.
Pentakvarki pytalis' obnaruzhit' v raspredelenii po
invariantnym massam
i
-sistem
(libo po invariantnym massam sistem ih antichestic).
Vo vseh chetyreh sluchayah byli naideny piki pri masse okolo 1860 MeV, chto ukazyvaet libo na otlichnoe vypolnenie izotopicheskoi simmetrii v pentakvarkovom antidekuplete, libo na nevyyasnennye poka metodicheskie oshibki eksperimenta.
Poslednie teoreticheskie predskazaniya [16] (yanvar' 2004 g.) dlya mass
uzhe nablyudavshihsya v eksperimentah pentakvarkov dayut sleduyushie znacheniya:

Vidno, chto eksperimental'nye rezul'taty dlya mass predpolagaemyh


V fevrale 2004 goda svoi dannye po poisku pentakvarkov opublikovala
kitaiskaya kollaboraciya BES-II (Beijing Spectrometer-II) [17].
Oni pytalis' naiti pentakvarki v eksklyuzivnyh reakciyah
Pri statistike v 14 millionov





Rezul'tat kollaboracii BES-II ne protivorechit gipoteze o sushestvovanii
pentakvarkov. Deistvitel'no, esli massa
lezhit v raione 1540 MeV,
to massa
-pary ravna primerno 3080 MeV. Massa
-mezona poryadka 3097 MeV, to est' v raspade
vyigrysh v masse sostavlyaet okolo 17
MeV
ili chut' bol'she. Takim obrazom, dannaya reakciya dolzhna byt' sil'no podavlena
po fazovomu ob'emu. Zametim, chto takoe podavlenie pri bOl'shei statistike
mozhno ispol'zovat' dlya tochnogo opredeleniya massy pentakvarka.
Massa -mezona okolo 3686 MeV. V etom sluchae net podavleniya
po
fazovomu ob'emu. Odnako horosho izvestno, chto parcial'naya shirina raspada
men'she
. Dlya raspadov
voznikaet dopolnitel'noe podavlenie
poryadka
, gde
-- begushaya konstanta
sil'nogo vzaimodeistviya, chto avtomaticheski privodit k parcial'noi shirine,
men'shei
.
Privedennye vyshe rassuzhdeniya po povodu rezul'tatov kollaboracii BES-II v nastoyashee vremya aktivno cirkuliruyut sredi fizikov-teoretikov vsego mira. Mozhno nadeyat'sya, chto v blizhaishee vremya rezul'taty BES-II mogut byt' provereny i uluchsheny na ustanovkah CLEO, BaBar i BELLE.
Zadachi
Zadacha N1. Znaya kvantovye chisla chlenov barionnogo antidekupleta, kotorye mozhno naiti iz ris. 1, vosstanovite kvarkovyi sostav vseh pentakvarkov, vhodyashih v antidekuplet.
Zadacha N2. Kak na kvarkovom urovne budut vyglyadit' raspady
antipentakvarkov, sootvetstvuyushih pentakarkam i
?
Zadacha N3. Narisuite kvarkovye diagrammy, otvechayushie reakciyam (1).
N.Nikitin
Literatura
1 I.Ivanov, "Tekushie otkrytiya v FECh: otkrytie bariona s polozhitel'noi strannost'yu", http://www.scientific.ru/spark/zplus.html 2 N.Nikitin, "Ekzoticheskie mnogokvarkovye sostoyaniya. Kak obstoyat dela na segodnyashnii den'?", http://phys.web.ru/db/msg/1187352/ 3 A.Krasheninnikov, "Pentakvark sushestvuet", 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 Po materialam doklada na seminare v DESY. 14 B.V.Martem'yanov, "Devyat' lekcii po kvarkovoi strukture adronov", 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.
Publikacii s klyuchevymi slovami:
elementarnye chasticy - kvarki
Publikacii so slovami: elementarnye chasticy - kvarki | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> |