Фейерверк новых элементарных частиц

Сложная структура адронов — следствие сложных законов, связывающих кварки в единое целое (изображение с сайта astronet.ru)

Сразу несколько экспериментальных групп за последние месяцы сообщили об открытии новых элементарных частиц. Физики в нетерпеливом ожидании: какая же из этих частиц является самым настоящим экзотическим адроном?

Вся совокупность современных экспериментальных данных о свойствах микромира говорит о том, что протон, нейтрон и многочисленные подобные им тяжелые частицы (называемые адронами) не элементарны, а состоят из отдельных кирпичиков — кварков (см. статью Квантовая хромодинамика). Разные комбинации кирпичиков-кварков порождают разные адроны.

С устройством этих адронов связана загадка, которая мучает ученых уже 40 лет. Известно, что молекулы строятся из разных атомов, причем более тяжелые молекулы получаются из большего количества атомов. То же самое происходит и с атомными ядрами. А вот в адронах это естественное положение вещей катастрофически нарушается. Все надежно открытые на сегодняшний день адроны состоят из трех кварков либо из кварк-антикварковой пары. Другие комбинации, которые легко могли бы получаться в теории, почему-то в нашем мире не реализуются. За такими адронами закрепилось даже название — экзотические.

Никто не знает, почему природа так не любит «экзотику». И потому читателю нетрудно представить себе, какой произвело в 2003 году сообщение об открытии частицы под названием пентакварк. Свойства этой частицы оказались таковы, что — если она действительно существует, — она не может быть не чем иным, как самым настоящим экзотическим адроном. (Ситуация на май 2003 года представлена на страничке Открытие бариона с положительной странностью).

Прошли два с половиной года, в течение которых всякая уважающая себя экспериментальная группа поспешила обнаружить — или не обнаружить! — проявления этой частицы, но совершенно мистическим образом ситуация так и не прояснилась. Число экспериментальных групп, наблюдавших и не наблюдавших эту частицу, примерно равно — и тех, и других около 20. Научное сообщество, однако, постепенно склоняется к тому, что пентакварка все же нет: эксперименты, дающие отрицательный результат, выглядят более надежными. (Читайте подробности в нашей новости Пентакварк — все-таки миф?)

Закроют пентакварк или нет — это будет всего лишь фактом биографии этой конкретной частицы. Однако вызванный им резонанс в физике оказался столь велик, что все кинулись проверять, нет ли других похожих частиц, распадающихся необычным образом. И вот журналы запестрели открытием новых адронов, которые не вписываются в современные теоретические расчеты.

В 2003-2004 годах было открыто целое семейство возбужденных Ds-мезонов (подробности читайте на странице Природа мезона Ds*(2317)). Теоретики, с грехом пополам, справились с описанием этой частицы (правда, слегка перестарались: было предложено даже несколько вариантов ее устройства, которые неплохо описывали экспериментальные данные).

За ними последовали две другие частицы, которым пока даже не придумали собственное имя и которые временно называются X(3872) и Y(3940). Числа в скобках указывают примерное значение их масс в единицах МэВ. Судя по всему, эти частицы должны входить в известное семейство частиц-чармониев, однако какое именно место они в нем занимают, пока неизвестно.

Дальше — больше. Открытие новых необычных частиц стало, похоже, хитом сезона «весна-лето 2005».

Эксперимент H1 в Гамбурге сообщает в статье hep-ex/0506077 (июнь 2005) об открытии более тяжелого собрата пентакварка, в котором «странный» антикварк заменен на «очарованный». Для поддержания интриги сразу же выяснилось, что другой похожий эксперимент на том же ускорителе — ZEUS — эту частицу совершенно не видит.

Экспериментальная группа, работающая на детекторе Belle в Японии, сообщает (hep-ex/0507019, июль 2005) о наблюдении частицы X(3940). Предполагается, что она также является одним из вариантов чармония, но, как доказано экспериментом, вовсе не совпадает с частицей Y(3940): у них слегка разные массы и отличающиеся схемы распада. К слову, еще одну новую частицу из этого семейства обнаружил недавно эксперимент CLEO (hep-ex/0505073, май 2005).

Другой эксперимент, BaBar в Стэнфорде, сообщает в статье hep-ex/0506081 (июнь 2005) о наблюдении некоторого явления, похожего на короткоживущий адрон с массой 4,26 ГэВ (см. популярную заметку Открыт новый загадочный мезон). Его странные свойства не так просто понять, даже если предположить, что это экзотический адрон. Авторы теоретического исследования hep-ph/0507025 пришли к выводу, что эта частица может быть только гибридом.

Наконец, совсем недавнее исследование hep-ex/0507044 (июль 2005), проведенное коллаборацией CDF на коллайдере Тэватрон, показало, что в районе 7,2 ГэВ есть какой-то подозрительный всплеск. Точность этого исследования невелика, и потому авторы воздерживаются от громких заявлений. Но уже сейчас теоретики просто разводят руками: никаких адронов хотя бы с примерно такой массой вообще не должно быть!

Общий вывод таков. В связи с новыми более точными экспериментами и новыми теоретическими идеями физики решили вернуться к старой полузабытой теме — спектроскопии адронов. Может быть, коллективный наскок приведет в этот раз к какому-либо новому прорыву? Будем ждать развития событий.

Игорь Иванов

Последние новости: Физика, Игорь Иванов

3 февраля Исследована гидродинамика процесса письма

16 ноября Критическая температура сверхпроводника может быть увеличена магнитным полем

23 сентября Эксперимент OPERA сообщает о наблюдении сверхсветовой скорости нейтрино

1 сентября Концепция плаща-невидимки может помочь двигаться в жидкости без сопротивления

17 августа Создан лазерно-плазменный ускоритель нового поколения

11 августа Поверхности нормальных и раковых клеток — фракталы разной размерности

29 июля Электризация тел может приводить к мозаичному распределению зарядов на их поверхности

7 июля Создан лазер на основе биологической клетки

1 июля Проведена спектроскопия квантовых уровней нейтронов в гравитационном поле Земли

3 июня Тяжелые мезоны по-разному плавятся в кварк-глюонной плазме

Астрономические наблюдения недели

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):