Открыт новый загадочный мезон
На Симпозиуме по лептон-фотонным взаимодействиям в области высоких энергий (Symposium on Lepton-Photon Interactions at High Energies - LP2005), проходившем с 30 июня по 5 июля в Упсале (Швеция), физиками, занятыми в известном эксперименте BaBar в Стэнфордском центре линейного ускорителя (Stanford Linear Accelerator Center - SLAC) Министерства энергетики США, было объявлено об открытии нового массивного мезона (так называемого резонанса), получившего обозначение Y(4260).
Эта частица, как считается, должна состоять из чармированного (иначе говоря "очарованного", charm) и античармированного кварков, однако она не распадается так, как ожидалось, и поэтому ее относят к все возрастающему числу загадочных "экзотических" мезонов, с некоторых пор обнаруживаемых во многих лабораториях, занятых исследованиями в области физики элементарных частиц, включая и эксперимент Belle на B-мезонной фабрике японского центра KEK в Цукубе. Некоторые из этих экзотов, вроде DSJ(2317) и DSJ(2458), заставляют по-новому взглянуть на те способы, которыми кварки могут объединяться в частицы, а другие - вроде Y(3940) - бросают вызов всем обычным теоретическим объяснениям и, следовательно, нашему пониманию природы. Этот ряд, кроме всего прочего, содержит также и частицу Y(3490), которая может быть связана с новооткрытой Y(4260), и в свое время вызвавшую всеобщий фурор X(3872), которая может состоять из четырех кварков (то есть представлять собой экзотический никогда ранее невиданный тетракварк).
В настоящее время говорят о существовании шести типов (сортов или же "ароматов") кварков, каждый их которых имеет соответствующий антикварк. "Верхний" и "нижний" кварки ("up", "down" quarks) - самые легкие, они входят в состав ядер атомов обычного вещества. Более тяжелые кварки рождались в ранней Вселенной, они создаются сегодня в экспериментах на ускорителях частиц и в столкновениях космических лучей с атомами в земной атмосфере. Стэнфордский ускоритель имеет давнюю традицию открытия "очарованных" кварков, начиная с награжденного Нобелевской премией открытия первых таких частиц, системы "очарованный-антиочарованный", в 1974 году. Сила, которая связывает кварки вместе, в отличие от большинства других взаимодействий, известных в природе, растет неограниченно при увеличении расстояния между парой взаимодействующих кварков, поэтому одиночных изолированных кварков не существует.
Новая частица Y(4260) рождается в ходе столкновений между электронами и их коллегами-антиподами (античастицами), называемыми позитронами. Обозначение Y(4260) отражает измеренную в эксперименте массу резонанса - 4260 МэВ (мегаэлектронвольт), но пока ничего не говорит о его внутреннем устройстве. Соответствующая статья на этой неделе была представлена на рассмотрение Physical Review Letters.
"Это прекрасный результат, - заявила Персис Дрелл (Persis Drell), руководящая исследованиями в области элементарных частиц в SLAC. - Методы, позволяющие извлекать полезные сигналы из общего набора данных, показали решающее преимущество той обширной статистики, что была набрана в BaBar. Однако пока мы еще не знаем, что именно это новое открытие должно нам сказать [о свойствах этого мира]..., но мы знаем достаточно, чтобы начать удивляться. Все вышло не так, как мы ожидали!"
Один весьма необычный аспект открытия Y(4260) связан с электрон-позитронной парой, аннигилирующей с испусканием перед столкновением высокоэнергетичного фотона - и ничего более. Это позволяет физикам BaBar устанавливать значения некоторых важных квантовых чисел, характеризующих частицы, участвующие во взаимодействии - типа заряда и спина. Однако требуется еще изучить, какие комбинации кварков и глюонов - то есть "неделимых кирпичиков" нашей Вселенной - реально задействованы в этих процессах. Наиболее вероятный сценарий заключается в том, что Y(4260) может являться частью большого "очарованного" семейства частиц, именуемых пси-мезонами, состоящими из чармированного и нечармированного кварков, накрепко связанных сильным взаимодействием. Несмотря на то, что все пси-мезоны имеют один и тот же базовый состав, их масса может существенно варьироваться, напоминая тем самым поведение электрона, который вместе с протоном образует атом водорода, - он тоже, согласно квантовой механике, может находиться на целом ряде разрешенных энергетических уровней. Но с этим объяснением сопряжена одна существенная проблема. При отслеживании членами группы BaBar распадов Y(4260) в другие частицы наблюдался только набор J/пси ("джи-пси"), пи+ и пи-. Если бы новая частица действительно представляла собой новый тип пси-мезона и обладала бы теми же самыми квантовыми числами, то она должна была бы достаточно часто распадаться и на частицы, содержащие чармированный и нечармированный кварк, а проведенные замеры темпов электрон-позитронной аннигиляции не оставляют подобной возможности.
"Мы видим, что частица не распадается тем способом, которым, как мы ожидали, она должна была распадаться, если входит в пси-семейство, - пояснил представитель проекта BaBar Дэвид Макфарлэйн (David MacFarlane). - Это очень таинственное обстоятельство. Либо мы неправильно трактуем теорию, которая описывает, как работает сильное взаимодействие в этих связанных состояниях частиц, либо имеем дело с более экзотическими состояниями, чем просто частица, состоящая из чармированного и античармированного кварков".
Открывающиеся экзотические возможности включают в себя, например, связанные воедино дикварки (diquarks) - то есть частицы с двумя кварками и двумя антикварками, - а также гибридные мезоны - частицы с кварком, антикварком и связанным глюоном (?!).
В эксперименте BaBar задействовано приблизительно 600 ученых и инженеров из 75 учреждений Канады, Китая, Франции, Германии, Италии, Нидерландов, Норвегии, России, Испании, Великобритании и Соединенных Штатов. В дополнение к объявлению об открытии Y(4260) коллаборация BaBar на лептон-фотонном симпозиуме представила еще 65 работ. Экспериментаторы сейчас активно занимаются проблемой возможной асимметрии материи и антиматерии в определенных типах распадов, так называемых "пигвиньих" модах (penguin modes, получивших столь необычное название по характерному схематическому рисунку путей распада), возможно дающих выход на нестандартную физику вроде теорий суперсимметрии (суперсимметрия - это гипотетическая новая "симметричная" структура пространства-времени, в которой каждая из открытых к настоящему времени элементарных частиц считается партнером своего парного очень массивного "суперпартнера"). Истинность этой или других новых физических теорий могла бы найти отражение в наличии этих самых дополнительных "пингвиньих" путей, которые должны быть особенно чувствительны к результирующим эффектам. Два доклада на конференции (от BaBar и Belle) представили научной общественности данные, касающиеся двух новых типов "пингвиньих" распадов, добавляющих сомнения в копилку сторонников новой нестандартной физики вроде теории суперсимметрии, которая могла бы влиять на эти распады.
Источники:
BaBar finds new massive particle - SLAC Press Release
Observation of a Broad Structure in the $\pi^+\pi^-J/\psi$ Mass Spectrum around 4.26 GeV/$c^2$ - arXiv
Bottoms down for quarks - Physics Web
Ссылки:
The BaBar Homepage
Bottom quarks reveal something of their identity - PhysOrg.com
Физическая B-ология - Phys.Web.Ru
Обсудить
Справка
Кварки
Кварки и антикварки наряду с лептонами принадлежат к числу самых фундаментальных (неделимых, а точнее говоря, бесструктурных с точки зрения современной физики) компонентов окружающей нас материи и имеют по шесть различных разновидностей или "ароматов": "верхний" (up), "нижний" (down), "странный" (strange), "очарованный" (или "чармированный", charm), "красивый" (beauty или bottom) и "истинный" (truth или top), - и обычно объединяются в пары или троицы, формируя другие частицы - мезоны и барионы, которые скрепляются за счет ядерных сил (или "цветных", иначе говоря, сильных взаимодействий, переносчиками которых являются другие частицы - глюоны). Так, мезоны содержат кварк и антикварк, в то время как барионы состоят из трех кварков или трех антикварков. Два "верхних" и один "нижний" кварк образуют протон, а странный кварк и антикварк в совокупности дают отрицательный каон (ка-мезон).
Справка
Пси-частицы
Пси-частицы - общее название группы нейтральных мезонов со спином 1 и отрицательной внутренней четностью, имеющих близкие свойства и значения масс, лежащие в интервале 3-4 ГэВ. Первая из этой группы частиц (так называемая J/пси-частица) с массой около 3,1 ГэВ открыта в 1974 году почти одновременно двумя коллективами физиков: С.Тингом (S.Ting) с сотрудниками при изучении спектра масс электрон-позитронных пар, образующихся в столкновении протонов при энергии 30 ГэВ; Б.Рихтером (B.Richter) с сотрудниками в экспериментах на встречных электрон-позитронных пучках при исследовании энергетической зависимости сечения аннигиляции в диапазоне энергий в системе центра инерции 2,4-4,8 ГэВ.
"Физическая энциклопедия", М., 1994
Статьи по теме
Открыт новый загадочный мезон
Новый массивный мезон может являться частью большого семейства частиц, именуемых пси-мезонами, но существуют и более экзотические возможности, которые включают в себя дикварки, а также гибридные мезоны.
Открыт новый тип взаимодействия среди кварков
Физикам, работающим в лабораториях Организации исследований в области высоких энергий KEK в Японии, удалось обнаружить новый тип взаимодействия среди самых фундаментальных частиц - кварков.
В Антарктиде ищут антиматерию
Ученые в Антарктиде осуществили запуск высотного аэростата гигантских размеров. Цель научного эксперимента - постараться приблизиться к пониманию генезиса антивещества в космосе и найти возможные свидетельства существования так называемого хокинговского излучения от "испаряющихся" черных дыр (в рамках теории, предложенной профессором Кембриджского университета Стивеном Хокингом).
Самые выдающиеся открытия 2003 года: темная энергия, пентакварки, бозе-конденсаты, квантовые компьютеры и др.
Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.
Мезоны устраивают "похороны" классической физике
Хорошо известные в квантовой механике неравенства Белла впервые были проверены в эксперименте с участием высокоэнергетичных частиц в лаборатории KEK в Японии. Причем именно нарушение этих знаменитых неравенств и является серьезным аргументом в пользу истинности современного понимания квантовой теории и позволяет "похоронить" так называемые "теории скрытых параметров", в определенном смысле привязанные к классической физике.
Обнаружены первые "молекулы" среди мезонов
X(3872) не сообразуется ни с одной из известных схем, описывающих структуру субатомных частиц, и теоретики теперь стоят перед непростой дилеммой: либо вносить существенные поправки в привычную и хорошо себя зарекомендовавшую Стандартную модель элементарных частиц, либо признать, что мы имеем дело с неведомым типом мезона, который содержит четыре кварка - тетракварком.
Суперускорительный южный танец
Астрономы обнаружили двойную звездную систему, состоящую из голубого гиганта и пульсара, которые в паре работают как мощнейший естественный ускоритель частиц, превращая обычные фотоны в фотоны сверхвысоких энергий.
Найден мощнейший источник гравитационных волн
Удалось найти свидетельство того, что два белых карлика облетают друг друга по столь тесной орбите, что вот-вот сольются, устроив космический катаклизм. О J0806 говорят как о главном кандидате для экспериментов, целью которых будет непосредственное обнаружение еле уловимой "ряби", что сотрясает пространство-время.
Квазары порождают новые загадки
Квазары - самые яркие объекты во Вселенной - сформировались в относительно небольших галактиках. Согласно новому исследованию, эти сверхмассивные черные дыры появились вскоре после Большого взрыва и набрали свой вес на удивление быстро - быстрее, чем галактики, окружающие их. Астрономы попытались "вычесть" из общего излучения древнейших источников интенсивный свет их центрального квазара, чтобы непосредственно разглядеть "родительские" галактики, в которых развился тот или иной "монстр".
Черные дыры разрушили теорию призрачных частиц
Недавно появилась интересная теория, которая претендует ни много ни мало, как на раскрытие всех основных тайн современной космологической науки. Эта теория "призрачного конденсата" появилась в прошлом году. Предполагается, что межзвездный вакуум заполнен своеобразной "жидкостью" или "флюидом" из призрачных частиц. Однако согласно последним вычислениям, черные дыры, населяющие нашу Вселенную, могли бы очень быстро "выхлебать" любую подобную "жидкость".
Физика: 9 важнейших нерешенных вопросов
Череда недавних громких астрономических открытий заставила признать тревожный факт: та материя во Вселенной, про которую мы хоть что-то знаем, составляет не более 5% нашего мира. А остальное приходится на неизвестные формы "темного вещества" и "темной энергии". При этом резко повысилась роль физики элементарных частиц, от которой теперь требуют раскрытия основных законов природы, управляющих этим самым темным веществом, темной энергией и т.д.
Датчик гравитационных волн уходит под землю
Гравитационные волны - это своего рода "рябь" в пространственно- временном континууме, которая возникает тогда, когда массивные космические тела испытывают ускорение (точнее говоря, гравитационные волны излучаются массами, движущимися с переменным ускорением). Альберт Эйнштейн предположил их существование в рамках своей Общей теории относительности еще в 1915 году. Двигаться гравитационные волны должны были со скоростью света. Однако эти волны очень слабы и их регистрация до сих пор находится на грани технических возможностей.
Черные дыры могут содержать совершенную жидкость
Черные дыры - это самые экстремальные и загадочные объекты во Вселенной, они то и дело удивляют ученых. Теперь выяснилось, что материал, содержащийся в черных дырах, можно уподобить "совершенной жидкости" с ультранизкой вязкостью. При этом температура внутри черной дыры соответствует 2 триллионам градусов Цельсия - при такой экстремальной температуре обычное вещество полностью разрушается и превращается в "суп" из субатомных частиц.
Хокинг признал свой проигрыш и расплатился
Крупнейший британский физик и космолог профессор Кембриджского университета Стивен Хокинг впервые представил на суд специалистов революционную теорию черных дыр. Из его доклада вытекает, что черная дыра искажает и перепутывает поглощенную информацию, но все же не разрушает ее и в конце концов в процессе своего исчезновения даже выпускает из своих объятий.
Физики доказали, что рукописи не горят
Известный популяризатор науки и специалист по черным дырам Стивен Хокинг на пару с Кипом Торном, по всей видимости, проспорил Джону Прескиллу полное собрание томов Британской энциклопедии. В 1997 году эти три космолога заключили между собой ставшее вскоре широко известным пари относительно того, исчезает или нет информация, поглощаемая черными дырами вместе с материальными носителями, то есть меняется ли вообще внутреннее состояние черной дыры в зависимости от конкретных характеристик частиц, которые ею поглощены.
Экспериментаторы ищут новые силы, предсказанные теориями суперструн
Самый чувствительный на настоящее время эксперимент по оценке гравитационного взаимодействия на сверхмалых расстояниях не дал новых козырей в руки сторонников теории суперструн. Но, несмотря на все это, идеи дополнительных измерений становятся необычайно популярными в связи с кризисом стандартных физических моделей, не способных объяснить новые наблюдения - ускоренно расширяющейся Вселенной, в которой царит темная энергия.
Теорию суперструн проверят экспериментально
Теорию суперструн можно проверить экспериментально, изучая последствия Большого взрыва. Такое заявление сделал американский физик Ричард Истэр. До сих пор теория суперструн подвергалась критике как малоосмысленная "философия", которая не может получить экспериментального подтверждения на нынешнем этапе развития науки. Проявить себя теория суперструн может только в случае экстремально малых расстояний и при очень высоких энергиях.
Физики надеются обнаружить изменение фундаментальных констант со временем
Две группы физиков на протяжении последних лет провели целый ряд аккуратных экспериментов в надежде обнаружить непостоянство природных констант, до сих пор считавшихся не изменяющимися со временем. До настоящего момента данные на эту тему добывались астрофизическими методами и указывали на возможность подобных вариаций.
Большой взрыв руками физиков-ядерщиков: подтверждено получение кварк-глюонной плазмы
Недавние контрольные эксперименты добавили уверенности "творцам Большого взрыва" из Брукхэвена: похоже, им действительно удалось получить кварк-глюонную плазму - то есть материю, находящуюся в принципиально новом состоянии. Согласно современным теориям, кварк-глюонная плазма существовала только в первые 10-5 с после Большого взрыва. Когда-то предрекали, что подобные эксперименты могут привести чуть ли не к концу всей нашей Вселенной или, по меньшей мере, к формированию микроскопической черной дыры, которая затем затянет внутрь себя все, до чего сможет дотянуться.
Стивен Хокинг считает, что окончательной теории Вселенной может и не существовать
Все теории, развиваемые до настоящего времени для того, чтобы объяснить Вселенную, "являются либо противоречивыми, либо неполными", - заявил Хокинг. Он сослался на работы Курта Гёделя, чешского математика, автора знаменитой теоремы Гёделя, согласно которой в пределах любой области математики некоторые суждения никак не могут быть ни доказаны, ни опровергнуты.
Физики, возможно, наблюдали магнитные монополи
Поль Дирак в 1931 году выдвинул гипотезу, согласно которой в природе должны существовать некие экзотические частицы, являющиеся переносчиками изолированных "магнитных зарядов" - магнитные монополи. Но до сих пор все попытки обнаружить в эксперименте эти неуловимые частицы были безуспешными. Однако теперь группа физиков из Японии, Китая и Швейцарии утверждает, что им все-таки удалось найти косвенное свидетельство существования таких монополей Дирака.
Мюоны указывают путь к невидимой вселенной
Международная группа физиков из Брукхэвенской лаборатории сообщила о том, что в экспериментах с элементарными частицами удалось обнаружить серьезные отклонения от теоретических предсказаний, даваемых Стандартной моделью. Измерялось колебание мюонов в магнитном поле. Нарушение Стандартной модели - это уже вполне ожидаемое событие, многие ученые полагают, что благодаря этому откроются горизонты новой физики элементарных частиц.
Super-WIMPs: темная материя может оказаться необнаружимой в принципе
90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (сверхслабо- взаимодействующие массивные частицы), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.
"Твикинг" гравитации покончит с потребностью в странных силах
Факт существования темной энергии, казалось бы, однозначно подтвержден наблюдениями за удаленными сверхновыми и экспериментами с микроволновым космическим фоном. Однако теперь группа американских физиков показывает, что факт непрерывно ускоряющегося расширения Вселенной, который лег в основу подобной гипотезы, можно объяснить и не призывая на помощь мистическую "дарк энерджи".
Проблемы с переносчиком слабых взаимодействий
Новые точные измерения, проведенные исследователями из Рочестерского университета, заставили пошатнуться здание Стандартной модели физики элементарных частиц, верой и правдой служившей ученым на протяжении многих десятилетий. Бен Килминстер и профессор Кевин Макфарланд использовали ускоритель частиц в Fermilab, чтобы достичь рекордной точности, достаточной для выявления некоторых характеристик распада top-кварка, самой тяжелой из частиц, известных физикам.
Искусственное ускорение ядерного распада
Японским физикам впервые удалось заметно увеличить скорость естественного распада ядер радиоактивного элемента, не подвергая их никаким экстремальным воздействиям. Они сумели загнать атомы бериллия-7 во внутреннюю часть почти сферических шестидесятиатомных молекул углерода, так называемых фуллеренов. В результате электронная плотность в окрестности бериллиевых ядер возросла, что вызвало прирост темпа радиоактивного распада.
Бозон Хиггса потяжелел
Международный коллектив физиков, работающих на гигантском американском протон-антипротонном коллайдере "Тэватрон", заново измерил массу t-кварка, которая оказалась несколько больше ранее принятого значения. Это объясняет негативный результат экспериментов по поиску так называемого бозона Хиггса, которые в конце прошлого десятилетия проводились в ЦЕРНе.
"Частица бога" не откроет тайну американцам
Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий - подтверждение или опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году экзотичной субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны).
Получен первый "очарованный" пентакварк
Физики из немецкой лаборатории DESY обнаружили новый экзотический тип субатомных частиц - первый пентакварк, имеющий в своем составе "чармированный" (или "очарованный" - charm) кварк. Свидетельство существования такого "чармированного пентакварка" с массой около 3,1 ГэВ нашла международная коллаборация H1 в ходе экспериментов по электрон-протонным столкновениям на ускорителе HERA.
Итальянские физики объявили о рекордном производстве гиперядер
Гиперядра - это ядерноподобные системы, в которых один или несколько нуклонов замещены гиперонами. Приблизительно 100 тысяч гиперядер были получены в ходе эксперимента, названного FINUDA. Существует мнение, что в ходе Большого взрыва в огромном количестве рождались странные кварки. Если удастся продемонстрировать, что объекты, подобные hydrogen-7-lambda, достаточно устойчивы, то это позволит ответить на многие вопросы, касающиеся странного ядерного вещества в ранней Вселенной.
В эксперименте наблюдалось массовое нарушение комбинированной четности
Физики, работающие в Стэнфордском центре линейных ускорителей, впервые обнаружили чрезвычайно сильные различия между распадами частиц обычной материи и антиматерии. Этот результат очень важен не только для физики элементарных частиц, но и для космологии. В нынешней Вселенной антивещество практически отсутствует - предполагается, что оно исчезло в течение первых мгновений после Большого взрыва.
Ускоритель частиц возвращает творения Архимеда
С помощью ускорителя частиц ученые восстанавливают считавшиеся давно утраченными письма великого древнегреческого математика Архимеда. Несколько веков назад средневековый христианский монах стер бесценные рукописи и использовал получившийся палимпсест для создания молитвенника.
Физики создают свою мечту - карманные плазменные суперускорители
Три коллектива европейских и американских специалистов по физике плазмы одновременно опубликовали результаты экспериментов, которые позволяют надеяться на скорое появление мощных и чрезвычайно компактных ускорителей электронов. Создание электронных ускорителей небольших размеров - это давняя мечта ученых.
Физики открыли "мятежную" субатомную частицу
На линейном ускорителе в Стэнфорде идентифицировали новую субатомную частицу Ds (2317). Эта частица представляет из себя необычный "сплав" "очарованного" кварка и "странного" антикварка. Ее масса оказалась существенно ниже, чем можно было бы ожидать. В качестве альтернативы рассматривается и такая возможность: частица могла бы быть в новом, до настоящего времени невиданном состоянии - ассоциация четырех кварков.
Новости по теме
