На протяжении десятилетий ученые искали так называемые «глюболы». Теперь кажется, что они наконец-то найдены.
Глюбол — это экзотическая частица, полностью состоящая из глюонов — «липких» частиц, удерживающих ядерные частицы вместе. Глюболы нестабильны и могут быть обнаружены только косвенно, анализируя их распад.
Однако этот процесс распада до конца не изучен.Профессор Антон Ребхан и Фредерик Бруннер из Венского технического университета (Вена) применили новый теоретический подход для расчета распада глюбола. Их результаты очень хорошо согласуются с данными экспериментов на ускорителях частиц. Это убедительное свидетельство того, что резонанс под названием «f0 (1710)», который был обнаружен в различных экспериментах, на самом деле является долгожданным глюболом.
Дальнейшие экспериментальные результаты следует ожидать в ближайшие несколько месяцев.Силы тоже частицыПротоны и нейтроны состоят из еще более мелких элементарных частиц, называемых кварками.
Эти кварки связаны сильным ядерным взаимодействием. «В физике элементарных частиц каждая сила опосредуется особым видом силовой частицы, а силовой частицей сильного ядерного взаимодействия является глюон», — говорит Антон Ребхан (TU Wien).Глюоны можно рассматривать как более сложные версии фотона.
Безмассовые фотоны ответственны за силы электромагнетизма, в то время как восемь различных видов глюонов играют аналогичную роль в сильных ядерных взаимодействиях. Однако есть одно важное отличие: сами глюоны подвержены действию собственной силы, а фотоны — нет. Вот почему нет связанных состояний фотонов, но частица, состоящая только из связанных глюонов, чистой ядерной силы, на самом деле возможна.
В 1972 году, вскоре после того, как была сформулирована теория кварков и глюонов, физики Мюррей Гелл-Манн и Харальд Фрич размышляли о возможных связанных состояниях чистых глюонов (первоначально называвшихся «глюонием», сегодня используется термин «глюбол»). В экспериментах на ускорителях частиц было обнаружено несколько частиц, которые считаются жизнеспособными кандидатами на роль глюболов, но никогда не было научного консенсуса относительно того, действительно ли один из этих сигналов мог быть таинственной частицей, созданной из чистой силы. Вместо глюбола сигналы, обнаруженные в экспериментах, также могли быть комбинацией кварков и антикварков.
Глюболы слишком недолговечны, чтобы обнаруживать их напрямую. Если они существуют, их нужно идентифицировать, изучая их распад.Кандидат f0 (1710) странно распадается«К сожалению, характер распада глюболов невозможно точно рассчитать», — говорит Антон Ребхан. Расчеты упрощенной модели показали, что есть два реальных кандидата на роль глюболов: мезоны, названные f0 (1500) и f0 (1710).
Долгое время первый считался наиболее перспективным кандидатом. Последний имеет более высокую массу, что лучше согласуется с компьютерным моделированием, но когда он распадается, он производит много тяжелых кварков (так называемых «странных кварков»). Многим исследователям элементарных частиц это казалось неправдоподобным, потому что глюонные взаимодействия обычно не делают различия между более тяжелыми и более легкими кварками.
Антон Ребхан и его аспирант Фредерик Бруннер сделали большой шаг вперед в решении этой головоломки, попробовав другой подход. Существуют фундаментальные связи между квантовыми теориями, описывающими поведение частиц в нашем трехмерном мире, и некоторыми видами теорий гравитации в пространствах более высоких измерений.
Это означает, что на некоторые вопросы квантовой физики можно ответить, используя инструменты гравитационной физики.«Наши расчеты показывают, что глюболы действительно могут распадаться преимущественно на странные кварки», — говорит Антон Ребхан. Удивительно, но расчетная картина распада на две более легкие частицы очень хорошо согласуется с картиной распада, измеренной для f0 (1710). В дополнение к этому возможны другие распады на более чем две частицы.
Рассчитаны и скорости их распада.Дальнейшие данные ожидаются в ближайшее времяДо сих пор эти альтернативные распады глюболов не измерялись, но в течение следующих нескольких месяцев ожидается, что два эксперимента на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе (TOTEM и LHCb) и один эксперимент на ускорителе в Пекине (BESIII) дадут новые данные. «Эти результаты будут иметь решающее значение для нашей теории», — говорит Антон Ребхан. «Для этих многочастичных процессов наша теория предсказывает скорости распада, которые сильно отличаются от предсказаний других, более простых моделей. Если измерения согласуются с нашими расчетами, это будет замечательным успехом для нашего подхода».
Это было бы неопровержимым доказательством того, что f0 (1710) — глюбол. И в дополнение к этому, это еще раз показало бы, что гравитацию более высоких измерений можно использовать для ответа на вопросы физики элементарных частиц — в каком-то смысле это было бы еще одним большим успехом общей теории относительности Эйнштейна, которой в следующем месяце исполнится 100 лет. .