Den foreslåede model af kvirv - nye elementære partikler med usædvanlig adfærd • Igor Ivanov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Fysik, LHC

En model af quirks foreslås – nye elementære partikler med usædvanlig adfærd.

Fig. 1. Hvis du forsøger at opdele det sædvanlige quark-antikvitetspar i to separate partikler, strækkes gluonstrengen mellem dem. Hvis strengen bliver for lang, bryder den, og nye kvark-antikvitetspar dannes ved brudpunktet. Fig. nyhedsforfatter

Hvis der i naturen er noget nyt kraftfelt og tungt partikler, der fornemmer det, så kan de i visse situationer danne makroskopiske strømstrenge, som kan ses på Large Hadron Collider (LHC).

På tærsklen til lanceringen af ​​Large Hadron Collider (den vil blive bestilt i slutningen af ​​sommeren 2008, men et seriøst forskningsprogram på det vil først begynde i 2009) er en elementær partikelfysikssituation ikke en almindelig situation. På den ene side, i alle de eksperimenter, der blev udført indtil videre, fungerede standardmodellen usædvanligt godt. Men på den anden side forstår fysikere klart, at det ikke kan være en endelig teori. Der skal nødvendigvis være et dybere og mere grundlæggende billede af verdensopbygningen, og Standardmodellen er kun en omtrentlig "projektion" af dette billede på de partikler, der er kendt.

Hvad det vil være for en dybere teori, kender fysikere endnu ikke. I mangel af direkte eksperimentelle data har den grundige teoretiker meget plads til at konstruere forskellige "add-ins" over standardmodellen. Hvilke af dem er relateret til virkeligheden, og som ikke er, vil et eksperiment vise, men så langt forsøger fysikere at "sonde" forskellige muligheder. Til gengæld vil fysikere gerne vide alle typer teoriersom er et eller to logiske trin, en eller to antagelser fra standardmodellen.

En af disse teorier blev bygget på det for nylig udgivne arXiv preprint: 0805.4642. Forfatterne af denne artikel foreslog en model med nye hypotetiske partikler kaldet dem. Quirk (særheder), som, som det viste sig, burde have bemærkelsesværdige egenskaber ud fra eksperimentets synsvinkel.

Ordet "særhed"Blev valgt af forfatterne på grund af" lydspillet " cirka og og. Quirks i deres adfærd ligner quarks (og i engelsk ordet "kvarkUdtales som [kwork]), som det vil blive forklaret nedenfor, i stedet for stærke (stronga) interaktioner de er forbundet med "streng" (strjegnga) interaktion.

Ideen til forfatterne af dette værk er enkel og er baseret på to antagelser.

1) Lad der være en slags natur ny kraft, interaktionen af ​​en ny type, arrangeret som en stærk interaktion mellem kvarker inde i en proton. I videnskabelige termer antages det, at dette er en slags nye måleinteraktion med uforstyrret ikke-abelisk symmetri.* Indtil nu har ingen bemærket denne kraft, simpelthen fordi de partikler, der er kendt for os, er "ligeglade" (på samme måde som neutrinerne er "ligeglade" til elektriske og magnetiske felter).

2) Lad eksistere nye tunge partikler (dette er queer), der føler denne kraft. Disse partikler har en masse i området 1 TeV, så de kan fødes ved LHC, men kunne ikke fødes i tidligere forsøg på grund af utilstrækkelig kollisionsenergi.

Generelt er denne ide ikke ny. Den allerførste publikation, hvor muligheden for en ny interaktion med indespærring på makroskopiske afstande er diskuteret, er tilsyneladende artiklen af ​​Lev Borisovich Okun "Tetons", udgivet i 1980 i breve i JETP, 31, s. 156. Imidlertid, Kun de mest generelle karakteristika ved en sådan model blev skitseret, mens i det her diskuterede arbejde (som behørigt henviser til L. B.Aborre) Dynamikken i denne model og dens mulige manifestationer i eksperimentet diskuteres i detaljer.

Spørgsmålet opstår: Hvordan vil sådanne køer manifestere sig hos LHC? Det viser sig, at de vil forlade ganske usædvanlige spor i detektoren, og artiklen er afsat til listen over muligheder der opstår her.

Men inden du tager op på quirksne, vil det være nyttigt at minde om, hvordan de mest almindelige kvarker, der sidder inde i en proton, opfører sig. Kvarker tiltrækkes af hinanden på grund af det stærke interaktion, der giver gluonfeltet. Dette gluonfelt har mange usædvanlige egenskaber, og det mest bemærkelsesværdige af dem er indespærring ("Fangst af kvarker").

Indeslutning er et fænomen, der ikke tillader en kvark at undslippe fra sine stipendiaters miljø og at eksistere selvstændigt. Så snart nogle kræfter begynder at trække en kvark fra en proton (eller strække et quark-antikvitetspar, som vist i figur 1), omlejres gluonfeltet som en strømsnor, som bogstaveligt strækker sig mellem kvarkerne. (Forsigtig: de heri beskrevne gluonstrenge må ikke forveksles med superstrings eller kosmiske strings!) Hvis kraften strækker kvarkerne er lille, overstyrer strengen den og returnerer kvarkerne til deres sted.Hvis trækkraften er stor, bliver gluonstrengen ustabil og bryder, og nye kvark-antikvitetspar bliver født ved brudpunktet. Disse kvarker er hurtigt grupperet i mesoner, og mesoner kan allerede bevæge sig væk fra hinanden på enhver afstand.

Fig. 2. Opførelsen af ​​et hypotetisk quirk-antikirkova par under deres adskillelse. Også mellem dem er kraftstrengen trukket, men kun den kan ikke blive revet, fordi kilden er for tung. Som følge heraf kan strengen vokse til makroskopisk størrelse. Fig. nyhedsforfatter

Hovedpunktet: massen af ​​almindelige kvarker er lille, så selv en let strakt streng har nok energi til at producere quark-antikvitetspar. Derfor kan gluonstrengen ikke blive for lang – det er energisk mere fordelagtigt at bryde ind i flere dele end at nå langt fra en kvark til en anden.

Nu vender vi os til de nye hypotetiske partikler – dronninger. For dem er meget af ovenstående også sandt. Den nye interaktion skal også have indeslutning (det følger af teoriens ikke-abelske natur), og hvis der i en eller anden hård proces blev født en spøgelse med antivirus og begyndte at sprede sig, strækker strømstrengen sig også mellem dem, men ikke en gluonstreng, men består af et nyt kraftfelt. .

Og her opstår der en vigtig forskel fra kvarker: på grund af den store mængde quirks strengen kan ikke brydes (se fig. 2). Strengbrydning kan kun forekomme med dannelsen af ​​et queer-anti-cancer-par, men for dets dannelse er det nødvendigt at lagre meget stor energi i et meget lille volumen. En streng med en svag spænding, selvom det er meget lang, kan ikke gøre dette.

Ud fra eksperimentets synsvinkel opstår der en række meget interessante muligheder, som afhænger af strengspændingskraften (dette er en fri parameter af teorien, som vi ikke ved på forhånd, derfor kan vi analysere forskellige tilfælde).

Fig. 3. Spor fra quirk-antikirkovoy parret (vist i rødt) i detektoren. blå vist er almindelige partikler, også født i en hård kollision. Fig. fra artiklen under drøftelse arXiv: 0805.4642

Hvis strengspændingen er meget svag, kan den strække sig til makroskopisk længde. Det vil vise sig et fantastisk objekt – to stærke stabile elementære partikler, forbundet med en uforgængelig kraft tråd i centimeter, meter, kilometer! Almindelig materiel føler slet ikke denne strømtråd, og dens tilstedeværelse kan kun ses i detektoren på den måde queer og antivirus springer rundt hinanden. I fig.Figur 3 viser typiske baner af disse partikler i en detektor for en kraftstreng med en længde af meter eller centimeter.

Hvis strengspændingen er moderat stærk (men stadig ikke stærk nok til at bryde), så vil dens dimensioner være mesoskopiske – det vil sige, at det er meget større end størrelsen af ​​partiklerne selv, men meget mindre end detektors rumlige opløsning (for eksempel i størrelsen af ​​en mikron). Så vil quirk-antikirk-paret se ud som en stabil partikel i detektoren, men dens masse vil variere meget fra sag til sag.

Fysikere af denne type partikler har aldrig mødt i et forsøg (selv om noget lignende – de såkaldte ikke-partikler – allerede blev foreslået af teoretikere for et år siden). Forfatterne af papiret understreger, at de databehandlingsmetoder, der skal bruges på LHC, er "ikke indstillet" til sådanne muligheder og måske "savner" sådanne usædvanlige objekter.

Afslutningsvis skal det understreges, at for de fleste fysikere synes disse og andre lignende teorier naturligvis meget eksotiske og usandsynlige. Der er dog en vis fordel i deres udvikling: de hjælper med at indse i hvilke retninger i princippet det er tilladt at flytte teoretikere og hvilke konsekvenser afventer dem. Erfaringerne fra undersøgelsen af ​​sådanne utrolige teoretiske konstruktioner kan være nyttige ved konstruktion af det dybe fysiske billede af verden, der vil erstatte standardmodellen.

Kilde: Junhai Kang, Markus A. Luty. Makroskopiske strings og "Quirks" på Colliders // Preprint arXiv: 0805.4642 (29. maj 2008).

Igor Ivanov


* En lille forklaring på ikke-abelske måle teorier. Samspillet mellem partikler er tæt forbundet med symmetribegrebet. Elektromagnetiske, stærke og svage interaktioner postuleres ikke separat fra partiklerne, men synes at opstå af sig selv fra kravet om symmetri af teorien om interne transformationer (dvs. ændringer, der ikke er relateret til bevægelse i det virkelige rum). De vekselvirkninger, der forekommer på denne måde, kaldes måler. I matematikens sprog beskrives symmetrier ved hjælp af transformationsgrupper (se. Gruppeteori – videnskaben om perfektion). Der er to store klasser af grupper – abelske og ikke-abelske. I abeliske grupper afhænger resultatet af to på hinanden følgende transformationer ikke af den rækkefølge, de udføres i, men i ikke-abelske grupper afhænger det.Med andre ord, i en ikke-abelisk gruppe, "forstyrrer forskellige transformationer" hinanden.
Som følge heraf, hvis teorien om interaktioner er baseret på en ikke-abelisk målgruppe, vil forskellige kvanter af kraftfelter "forstyrre" hinanden og interagere med hinanden. Det ikke-abelske kraftfelt tiltrækker ikke kun partikler af materie til hinanden, men også forskellige dele af marken selv. Konventionelt kan det være repræsenteret som om kraftens feltlinier er tiltrukket af hinanden. Det er denne attraktion mellem kraftlinjerne med stærk interaktion, der får dem til at krympe ind i en streng, når afstanden mellem kvarkene bliver stor.
Alt dette sker, når symmetrien er "faktisk", uforstyrret; sådan en situation finder sted for eksempel i teorien om stærke interaktioner. Men symmetri kan brydes på bekostning af en eller anden mekanisme (for eksempel er elektrosvagsymmetri brudt på bekostning af Higgs-mekanismen). Det er bevist, at når kalibreringssymmetrien er brudt, kan kraftfeltet ikke længere strække sig for langt, og hans evne til at danne kraftstrenge er tabt. For at forhindre dette sker, i quirkmodellen er det postuleret, at symmetrien ikke er brudt.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: