Sådanne forskellige tetrakvarki • Igor Ivanov • Videnskabelige-populære opgaver på "Elements" • Fysik

Sådan forskellige tetraquark

opgave

For nylig har LHCb-samarbejdet på Large Hadron Collider modtaget to vigtige resultater inden for multiquark-hadronernes fysik. For et år siden viste hun endelig virkeligheden for tetraquark Z (4430) med en kvarkkomposition \ ([u \ bar % c \ bar %] \) (figur 1, venstre) og for nylig meddelt åbningen af ​​pentaquark Pc(4450), partikler med sammensætningen \ ([uudc \ bar %] \). I fysisk jargon kaldes begge disse partikler harroner med skjulte charme: de indeholder en fortryllet kvark og det samme antikvark, og dermed er de effekter, der karakteriseres af fortryllede kvarker, udjævnet. Imidlertid er c-kvarkerne tunge, og dette påvirker den samlede masse af disse hadroner.

Man kan forestille sig en anden variant af multiquark stater med omtrent samme masse. I stedet for et par c-anti-c vil de indeholde to fortryllede kvarker (eller to fortryllede antikviteter). Disse er for eksempel den dobbeltharmede tetraquark af formen \ ([\ bar u \ bar dc c] \) (figur 1, højre) og pentaquark \ ([u \ bar ud cc] \). Disse partikler er endnu ikke eksperimentelt åbne, men intet forhindrer dem i at blive undersøgt teoretisk. Især kan man spørge: hvordan vil egenskaberne for multiquark-hatroner med omtrent samme masse med dobbelt og med skjulte charme være relateret til hinanden?

Fig. 1. To tetraquark med omtrent samme masse, der hver indeholder to tunge og to lette kvarker: en tetraquark med skjult charme (til venstre) og to gange fortryllede tetrakvark (til højre)

Bevis detDen dobbelte fortryllede tetraquark bør være mere modstandsdygtig over for forfald end tetraquark med skjulte charme. Find ud af, om det samme argument vil fungere for pentaquarks.


Tip 1

Tetraquark er født og henfalder på grund af stærk interaktion. Dens forfald er simpelthen omlejring af kvarker i to mesoner, som derefter flyver væk; kvarkerne selv ændrer ikke deres type. Derfor er det nødvendigt at forstå, hvorfor denne omlægning og udvidelse er vanskelig for den to-betagede tetraquark sammenlignet med den skjulte fortryllede fyr. Og for dette skal du tænke over, hvilke kræfter der handler mellem kvarker, samt hvad og hvordan deres store masse påvirker.


Tip 2

Fig. 2. To kvarker interagerer med hinanden gennem udveksling af gluon, analogt med den måde, hvorpå elektriske ladninger interagerer med hinanden gennem udveksling af fotoner. Figur fra artiklen Quantum Chromodynamics

Selvom de kræfter, der forener kvarker i hadroner, er ret komplicerede,Nogle træk ved interaktionen kan ses analogt med konventionel elektrodynamik, med tiltrædelsesloven og afstødning af afgifter. Denne analogi er naturligvis unøjagtig, så på et tidspunkt skal du stoppe, men det hjælper med at forstå et mønster. Og for at anvende denne analogi vil det være nyttigt at genlæse opgaven omlægge hydrogen og antihydrogen.


beslutning

Vi betegner lyskvarket ved det fælles symbol \ (q \), og den tunge ene ved \ (Q \); Antikviteter er som sædvanlig betegnet med bindestreger: \ (\ bar q \) og \ (\ bar Q \). Hvis vi har de to tunge og to lette quarkkombinationer, og nedfaldet går i par, så kan de to tunge kvarker flyve væk enten sammen eller separat. I tilfælde af en tetraquark med en skjult charme, \ ([q \ bar q Q \ bar Q] \), er begge nedfald mulige: \ ([q \ bar Q] + [Q \ bar q] \) og \ ([q \ bar q] + [Q \ bar Q] \). I tilfælde af en dobbel-charmet tetraquark er kun den første variant mulig: \ ([Q \ bar q] + [Q \ bar q] \). Den anden variant er umulig, fordi to kvarker ikke kan danne en meson; den skal indeholde en slags kvark og en slags antikvark.

Nu sammenligner vi to nedfald: \ ([q \ bar Q] + [Q \ bar q] \) og \ ([q \ bar q] + [Q \ bar Q] \). Fra løsningen af ​​problemet med opladningsomlægning ved vi allerede, hvad det andet forfald er godt for.Det danner et bundet system af to tunge partikler, som er meget mere kompakt end \ ([q \ bar Q] \) eller \ ([q \ bar q] \) systemet og har derfor en højere bindingsenergi. Med andre ord gør tilstedeværelsen af ​​\ ([Q \ bar Q] \) meson forfaldet \ ([q \ bar q] + [Q \ bar Q] \) energisk gunstigere end \ ([q \ bar Q] + [Q \ bar q] \).

For en dobbeltfortryllet tetraquark er dette energieffektive forfald umuligt. Derfor vil en sådan tetraquark nedbrydes til et mindre bekvemt system, hvilket gør det svært for det at forfalde. Som et resultat heraf viser det sig, at en dobbelt fortryllet tetraquark vil ligge længere end en tetraquark med skjulte charme. Selvfølgelig ændrer det stærke interaktion inde i Hadron på en eller anden måde dette billede, men i det mindste skal den generelle tendens der er beskrevet her eksistere.

For at advare et muligt spørgsmål, bør det præciseres, at den elektrodynamiske analogi på ét sted fejler. I elektrostatikken er to identiske kvarker (det vil sige som afgifter) altid afstødt, og et kvark-antikvitetspar (det er i modsætning til afgifter) tiltrækker. I tilfælde af stærk interaktion er mønsteret mere komplekst: det afhænger alt af, hvad slags "farve" kvarker har.Især er det muligt at gøre, at på grund af det stærke samspil tiltrækkes både to kvarker og et kvark-antikvitetspar til hinanden. Derfor kan lektionen fra det elektrodynamiske problem bruges til begge situationer.

I tilfælde af pentaquarks åbnes flere muligheder, så det observerede mønster virker ikke. Kombinationen \ ([qqq Q \ bar Q] \) kan bryde op i et baryon-meson-par \ ([qqq] + [Q \ bar Q] \) eller \ ([qqQ] + [q \ bar Q] \) og Det første henfald er energisk gunstigere på grund af den kompakte heavy meson. Men den dobbeltfortrykte pentaquark \ ([qq \ bar q QQ] \) er heller ikke dum: den har henfald på \ ([qQQ] + [q \ bar q] \) og på \ ([qqQ] + [Q \ bar q] \). Den tætte forbindelse af to tunge kvarker i dette tilfælde er mulig, fordi den tredje kvark hjælper dem til at forene sig i baryonen (denne partikel med sammensætningen \ (dcc \) er betegnet \ (\ Xi_ % ^ + \); forresten er der eksperimentelle hints på dets eksistens).


efterskrift

Fysik af multiquark hadroner er et område, der er ekstremt svært at undersøge. Hovedproblemet er eksperimentelt: det er nødvendigt at organisere egnede betingelser for kollisioner, at generere en multi-quark hadron og derefter at genkende dets forfald. Men selv i de sjældneste tilfældenår tilstedeværelsen af ​​en multiquark-sammensætning er bekræftet, er det meget svært at finde ud af, hvilken form for struktur en partikel har – om det er en ren multiquark-tilstand i en fælles "shell" eller blot et hadronmolekyle forbundet med et system af to mesoner.

Da der kun er meget få pålidelige eksperimentelle data og deres almindeligt anerkendte fortolkninger, bliver der stadig lavet næsten alle udsagn om dem, der stilles af teoretikere. Eksemplet analyseret her – den øgede stabilitet af de to charmerede tetraquarks – er også et teoretisk forudsagt, men endnu ikke eksperimentelt verificeret fænomen. Det blev opnået ikke kun på niveau med kvalitativ begrundelse, som i dette problem, men også ved hjælp af kompleks numerisk modellering af interaktionen mellem kvarker. En af de sidste artikler om dette emne er et fortryk, der fremkom i maj i år, hvor eksistensen og stabiliteten af ​​sådanne tunge tetraquarks blev undersøgt i detaljer, men kun med b-kvarker i stedet for c-kvarker (figur 3).

Fig. 3. Skematisk repræsentation af quarkkonfigurationen i tetraquark \ (qq \ bar b \ bar b \). Lukket område – zone for distribution og virkning af lette kvarker pink område – distributionsområde og b-kvarks Røde linjer betinget viser geometrien af ​​kraftfeltrørene, der virker mellem kvarkerne. Tallene "3", der er markeret i billedet, karakteriserer farvestatus for kvarker og deres par. Billede fra artiklen arXiv: 1505.00613


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: :???: :?: :!: