Cărămizi ale Universului
În modelul standard, teoria de bază care explică structura universului, există trei tipuri de particule: cuarci, leptoni și bosoni cu ecartament. Acestea din urmă sunt așa-numitele particule purtătoare ale a patru tipuri de interacțiuni fizice fundamentale (de exemplu, un foton este responsabil pentru forțele electromagnetice), iar restul sunt materie obișnuită și tangibilă. Leptonii (tipul de particule la care aparțin electronii sau neutrinii) au mase relativ mici și pot exista în formă liberă, iar cuarcile sunt legate între ele prin lanțuri de interacțiune puternică.
Acum se crede că acestea pot exista numai în perechi - atunci cuarci particule numite mezoni formă, sau trei - aceste particule se numesc barioni (cum ar fi protoni și neutroni - este doar hadroni, fiecare formată din trei cuarci). Dar, după acceleratorul au fost descoperite particule compuse din patru sau cinci cuarci, conceptele clasice ale Modelului Standard par deja incomplet.
- Cum și când au fost descoperiți cuarcii?
- La mijlocul anilor '60 ai secolului trecut, știa deja o mulțime de particule elementare, dar nu au înțeles modul în care acestea funcționează. Au fost protoni au fost neutroni, acceleratoare și raze cosmice găsit mezoni pi, K-mezonilor, și că, în 1964 fizicianul american Marie Gell-Mann a propus o teorie simplă, în care toate aceste particule elementare ar putea fi doar trei cuarci diferite . Treptat, numărul acestora a fost crescut la șase, în interiorul aceleași protonii într-adevăr, a găsit „neomogenitatea“, care a fost identificat cu quarci, dar ei înșiși într-o stare liberă nimeni nu a văzut vreodată. Aceasta se numește naștere: knock out un singur mezon cuarc sau Hadron, în conformitate cu ideile moderne, este pur și simplu imposibil.
- De ce nu pot fi împărțite cuarcile?
- Quarcurile legate între ele prin interacțiunea puternică, și, atunci când încercăm să le ia, ei sunt atrași unul de altul mai mult și mai mult. Acest lucru este greu de imaginat, dar este o proprietate a naturii. Când creștem doua sarcină electrică, care interacționează mai slab atunci când racheta merge în spațiu, este mai puțin atrasă de Pământ - sunt proprietăți ale interacțiunilor gravitaționale și electromagnetice, dar cu un puternic tot drumul în jurul valorii. Pentru a dizolva quarcii, avem nevoie pentru a pune în atât de multă energie încât este deja suficient pentru apariția unor noi quarci, care sunt instantaneu aduna din nou în perechi și triplează cuarci originale. Prin urmare, în fizica particulelor elementare se introduce o cantitate specială numită încărcătura de culoare. Quarcurile se pot fi roșu, albastru, verde sau antirosu, antialbastru și antizelenymi, dar în natura lor, acestea pot fi observate numai în combinații incolore: perechi, tripleți sau chiar de patru ori, la fel ca în cazul noii noastre particule. De exemplu, protonul este format din doi cuarci up - unul albastru si unul rosu - si una verde fund cuarci. Rezultatul este o combinație incoloră de trei culori.
- Deci, quarks pot ieși literalmente de nicăieri? Doar născut din cheaguri de energie?
- Da. Fiecare particulă elementară este într-un sens doar o masă sau, echivalent, o energie. Mai mult, mulți dintre ei, conform standardelor lumii macroscopice, trăiesc foarte puțin, fracțiuni de secundă dispărând. După aceea se dezintegrează și din aceeași energie se formează și alte particule. De exemplu, pi-mezon dezintegrează într-un muon si un neutrino, neutroni într-o stare liberă - într-un proton, un electron și un neutrino, iar bosonul Higgs poate dezintegra chiar și în diferite moduri: se poate rupe o pereche de cuarci fermecătoare, pe o pereche de fotoni, o pereche de Z-bosonul și etc. Așa că particulele elementare se descompun în mod continuu, transformându-se într-un număr mic de specii stabile, de lungă durată, cum ar fi de electroni, fotoni, neutrini si protoni.
- Cum au deschis noul tetracavic?
- Sunteți sigur că acest lucru este într-adevăr un ettraq, nu un zgomot?
- Este posibil ca acest lucru să nu fie un tetra-quark, ci, de exemplu, un fel de atom de la doi mezoni distanțați?
"Teoreticienii ne ajută puțin aici. Ei pot calcula energia de legare într-un astfel de atom și se dovedește că este relativ mic - la un nivel de 5-10 MeV. Astfel, un astfel de obiect ipotetic poate fi ușor împărțit în doi mezoni, iar în cazul nostru energia de legare este de aproximativ 100 MeV - acesta este un obiect rigid, puternic legat. Astfel de molecule stabile, probabil, nu se întâmplă. Deci, cel mai probabil, acestea sunt exact patru cuarci, strâns legați între ei într-o singură particulă.
- La alți acceleratori s-au deschis și tetraquarks și pentaquarks. Pare noua particula ca ele?
- Da, la Coordonatorul de Large Hadron Collider (LHC) a fost găsit pentaquark. la acceleratorul KEKB din Japonia, tetracavikul Z (4430), în alte experimente, s-au găsit și particule similare. Apropo, inițial am vânat și pentru același pentaquark, care a fost găsit pe LHC, dar nu aveam suficiente statistici și am început să căutăm particule cu energii puțin diferite - am aplicat o intuiție experimentală. Z (4430) este ușor mai ușor decât al nostru și este alcătuit din alte cuarcuri: un cuarț fermecat, un antic încântat, superior și inferior. Acestea sunt toate cuarcile din prima și a doua generație, adică relativ ușoare și comune. Și în particula noastră, în loc de quark-ul și antiquark-ul fermecat, există un quark ciudat din a doua generație și un quark adorabil greu de la al treilea.
- Această compoziție a fost o surpriză?
Știi, acum nu există nici un model bun, care să explice cum formează particulele de la mai mult de trei cuarci sau se distrug. Prin urmare, fiecare descoperire nouă devine o surpriză și aduce multe informații utile.
Experimentatorii caută cât mai multe particule noi cu o nouă structură, iar teoreticienii se gândesc la un model care poate explica o astfel de configurație multiquark. Acum am arătat că o singură particulă poate forma cuarci dintr-o dată de trei generații și patru tipuri diferite - acest lucru nu sa întâmplat niciodată înainte.
"Credem că sunt posibile numai particule cu două și patru quark-uri. Acum am descoperit tetraquarks și pentaquarks. Ce urmează: așteptăm particule de șase sau, de exemplu, 10 de cuarci?
- Teoretic, nu există interdicții asupra particulelor de la mai mult de trei cuarci. Dar intuiția sugerează că, dacă există o particulă, să zicem, de șase cuarci, atunci masa este atât de mare, iar durata de viață este atât de mică încât este practic imposibil să o înregistreze. Este ca și în cazul elementelor chimice din tabelul periodic. Puteți recruta din ce în ce mai mult protoni și neutroni, dar la un moment dat masa lor totală va deveni atât de mare încât nucleul va deveni instabil. Asemenea elemente se descompun rapid. Desigur, noi nuclee sunt create în mod constant în Dubna. dar devine tot mai greu. Suspectez că ceva similar se poate întâmpla cu quark-urile, dar numai numărul lor critic este mult mai mic.
- De ce sunt acum descoperite atât de multe particule noi?
- Numărul experimentelor privind acceleratoarele și capacitățile acestora a crescut considerabil. Prin urmare, în ultimii 10-12 ani am descoperit deja câteva zeci de particule noi și nu exclud faptul că vor exista și mai multe. LHC lucrează, KEKB este redescoperit în curând în Japonia - acum intensitatea pozitronului și a fluxurilor de electroni care se ciocnesc acolo va fi de 40 de ori mai mare. Apropo, în anii șaizeci ai secolului trecut, conform estimărilor mele, s-au găsit câteva zeci de particule care, înainte de apariția modelului quark, au încercat fără succes să le clasifice. Deci, măsurătorile cantitative ale fizicienilor experimentali la un moment dat trebuie să devină o înțelegere calitativă, o nouă teorie. Când ne-am trimis articolul în revista și ne-am prezentat pretipăria, în următoarele câteva zile au apărut șase lucrări teoretice asupra rezultatelor noastre. Dar când creează un singur model pentru particule noi multiquark, este încă neclar. Acest lucru poate dura mai mulți ani și câteva decenii.
- Noua teorie se încadrează în modelul standard?
- Cel mai probabil, va fi o extensie a modelului standard, o nouă clasificare a particulelor în interiorul acestuia. Totuși, spunem că tetraquarks și pentaquarks constau în aceleași quarks și sunt ținute împreună de aceeași interacțiune puternică - trebuie doar să înțelegem cum se întâmplă acest lucru. Adevărat, poate că exagerez puțin: cu noi, în final, și noi constă, de asemenea, din protoni, neutroni și electroni, dar cu greu înțelegem pe deplin cum se formează omul din particulele elementare. Deci, cu noua clasificare: poate că aici avem nevoie de o înțelegere fundamentală a forțelor care acționează între cuarcile.
- Este posibil ca quarcurile să fie alți particule mai mici?
- Acest lucru este testat pe fiecare accelerator nou: primul lucru pe care fizicienii încearcă să-l "spargă" și să privească în interior. Dar până acum nimic nu este vizibil. Quark-ul rămâne o particulă absolută în toate experimentele. Dar personal sunt sigur că există cu siguranță ceva mai profund și mai fundamental.
- Ce descoperiri experimentale în domeniul fizicii particulelor elementare vă așteptați cel mai mult?
- Mi-ar plăcea foarte mult să văd o particulă care este responsabilă pentru materia întunecată. Aceasta este o enigmă foarte interesantă, în care astrofizica și fizica particulelor elementare sunt în contact. Observațiile indică indirect că putem găsi o astfel de particulă pe acceleratoare sau în raze cosmice. Apropo, acum evaluez proiectele CERN de experimente viitoare la LHC și văd că toate cele mai recente rezultate ale fizicii particulelor elementare sunt în acord excelent cu modelul standard. Deci, este necesar să căutăm o fizică fundamentală nouă în materia întunecată - este încă dificil să ne imaginăm că poate fi descris în cadrul modelului standard.