_ CMS Collaboration observă noi toate- Structuri grele de quarci

De peste un deceniu, CMS Collaboration, o echipă mare de cercetători cu sediul la diferite institute din întreaga lume, analizează datele colectate la Compact Muon Solenoid, un detector de particule de uz general la Large CERN Hadron Collider (LHC). Această colaborare științifică internațională la scară largă a încercat să observe diferite fenomene fizice evazive, inclusiv particule exotice și substanțe candidate la materie întunecată.

Într-o lucrare recentă, publicată în Physical Review Letters, CMS Collaboration a raportat trei exotice toate -structuri de quarci grele. Aceste structuri, care par să facă parte dintr-o familie comună, ar putea deschide noi căi interesante pentru cercetarea în fizica particulelor.

„Aproape toate lucrurile pe care le experimentăm în viața noastră de zi cu zi sunt formate din trei particule: electroni. , protoni și neutroni”, a declarat profesorul Kai Yi de la Universitatea Normală Nanjing și Universitatea Tsinghua, coautor al lucrării, pentru Phys.org. „Electronii, din câte știm, sunt fundamentali, dar ceilalți doi sunt alcătuiți din tripleți de lucruri numite quarci. Modelul quark al particulelor a fost propus în 1964, iar la începutul anilor 1970 existau dovezi convingătoare ale corectitudinii sale”.

Modelul introdus în 1964 descrie quarcii ca particule strâns legate, atât de puternic conectate încât nu pot exista singure și sunt observate în schimb doar ca tripleți de quarci legați (qqq) sau dublete quarc-antiquarc (qq-). Fizicienii au identificat un număr mare de aceste sisteme de quarci strâns legate, cunoscute și sub numele de „hadroni”.

„Există un număr mare de aceste sisteme de quarci, dar în afară de protoni și neutroni, ele au doar un existență trecătoare”, a explicat prof. Yi. „Teoria cuarcilor din 1964 a avut o lacună, că poate, doar poate, cvartetele și cvintetele de cuarci ar putea forma și particule, care sunt denumite hadroni „exotici”. Fizicienii s-au jucat cu această posibilitate timp de decenii, dar a fost un fel de margine. activitate.”

Pentru o lungă perioadă de timp, observarea hadronilor exotici a părut a fi un obiectiv de cercetare provocator și evaziv. Un motiv pentru aceasta este că instrumentele experimentale disponibile le-au permis fizicienilor să caute numai sisteme exotice care sunt complet compuse din quarci ușoare (u, d, s), care sunt greu de deslușit de hadronii normali.

„Așa cum au devenit disponibile ciocnitori de particule mai puternici, sistemele care încorporează quarcuri mai grele (c, b) au fost vizibile din ce în ce mai bine - și cu cât quarcul este mai greu și cu cât sunt mai mulți, cu atât sistemul a devenit mai ușor de înțeles", a spus prof. Yi. „Un singur quarc cu farmec (c) are o masă de aproximativ o dată și jumătate față de cea a unui proton, iar un quarc de fund (b) este de aproximativ cinci ori mai greu decât un proton, în timp ce quarcii u și d individuali sunt mai mici decât aproximativ 0,5% din masa unui proton.”

În 2003, o lucrare a Belle Collaboration din Japonia a stârnit un nou interes pentru sistemele exotice, dezvăluind X(2872), care a fost propus ca posibil cc -qq- sistem (adică, un sistem care conține doi quarci grei). Acest lucru a deschis calea pentru noi studii care introduc alți candidați hadroni exotici care conțin farmec și chiar quarci de fund, sugerând existența sistemelor de tetra și penta-quarci.

În ciuda acestor eforturi, structura internă a hadronilor exotici rămâne un mister, deoarece sistemele raportate includ cuarcuri ușoare și, prin urmare, sunt în mod inerent dificil de modelat. Observarea sistemelor formate exclusiv din quarci grei ar putea deschide astfel o nouă fereastră asupra structurilor exotice, permițând fizicienilor să înțeleagă mai bine interacțiunile puternice dintre quarci.

„Problema cu quarcii grei este că sunt greu de produs”, a spus prof. Yi. „Un pas în această direcție este găsirea sistemelor în care cuarcurile u sau d sunt înlocuite cu cuarcul s. Deși este încă considerat un cuarc ușor, cuarcul s are de aproximativ 40 de ori masa unui cuarc u. În 2009, acest lucru a fost realizat odată cu descoperirea Y(4140), numit acum chi_c(4140), care este un candidat pentru un cc-ss-tetra-quarc (adică primul candidat exotic fără niciunul dintre quarcurile foarte ușoare (u, d).)"

Descoperirea chi_c(4140) a încurajat mai multe echipe de cercetare să caute structuri compuse integral din quarci c și d. După ce a fost confirmată existența acestui sistem, CMS a început, de asemenea, să caute sisteme care se descompun în perechi de particule J/psi sau perechi de particule Upsilon.

„J/psi este o stare legată de cc, Upsilonul. o stare bb- și, prin urmare, ceva care se descompune în aceste perechi de particule ar fi un candidat izbitor pentru un tetra-quarc complet", a spus prof. Yi. „Folosind datele colectate în 2011 și 2012 ca parte a LHC Run I, CMS a găsit un indiciu de două structuri J/psi-J/psi, dar nu existau date suficiente pentru a face o afirmație convingătoare la acea vreme.”

În 2019, colaborarea CMS și-a reluat căutarea sistemelor de quarci complet grele care se descompun în perechi de particule J/psi sau Upsilon, de data aceasta folosind datele colectate la LHC al CERN între 2016 și 2018 (Run II). Cu toate acestea, prima dintre aceste particule, numită X(6900) a fost observată în cele din urmă printr-un alt efort de cercetare la CERN, și anume experimentul LHCb.

„Experimentul LHCb a fost primul care a ieșit din poartă cu raportul lor despre X(6900) scade la J/psi-J/psi în 2020”, a spus prof. Yi. „Cu toate acestea, CMS și-a continuat munca și, în cele din urmă, am fost recompensați prin identificarea a trei structuri J/psi-J/psi: confirmând X(6900) și raportând două noi, denumite X(6600) și X(7100).”

Ca parte a acestui studiu cel mai recent, echipa CMS a căutat în mod special perechi de mezoni J/Psi. Aceste particule sunt o sondă puternică pentru sistemele de quarci grele, deoarece pot fi identificate în mod clar în cadrul ciocnitorului LHC, unde mediul este complex și marcat de coliziuni p-p de mare intensitate.

„Pentru acest studiu, Echipa de analiză a conceput o strategie de căutare în Run II, bazată pe informațiile Run I, fără să se uite efectiv la date. Această abordare, numită o analiză „oarbă”, este foarte eficientă pentru a evita potențialele părtiniri, cum ar fi păcălirea pentru a găsi aparent ceea ce credem. cineva ar trebui să găsească sau vrea să găsească. Cele trei structuri au sărit după ce noile date au fost în cele din urmă deschise”, a explicat prof. Yi.

Folosind această strategie de analiză oarbă, prof. Yi și colaboratorii săi CMS au putut confirma existența structurii detectate anterior de colaborarea LHCb, dezvăluind în același timp două structuri complet noi. Aceste trei structuri par să facă parte din aceeași familie de sisteme de quarci complet grele.

„Deși poate să nu fie singura interpretare posibilă, un model în care cele trei structuri cuantice interferează mecanic între ele descrie CMS. datele foarte bine”, a spus prof. Yi. „Acest lucru necesită ca toți trei să aibă aceleași proprietăți cuantice și sugerează, în plus, că aceste stări sunt o familie de tetraquarci excitați.”

Cele trei structuri de quarci grele raportate de colaborarea CMS oferă noi indicii importante despre natura și structura internă a hadronilor exotici. Mai exact, ei identifică un nou regim la care fizicienii pot aplica teoria interacțiunilor puternice: regimul „cromodinamicii cuantice”.

„CMS se pregătește acum să-și îmbunătățească măsurătorile proprietăților acestor stări”, Prof. a adăugat Yi. „Noile date prezintă o nouă posibilitate interesantă, aceea de a căuta posibile stări exotice care sunt compuse exclusiv din quarci de fund și mai grei.”

© 2024 Science X Network

(Fluierul)