Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Wielki Zderzacz Hadronów odkrył wyjątkowy tetrakwark. Może należeć do nieznanej klasy cząstek

Recommended Posts

Wielki Zderzacz Hadronów odkrył nieznaną dotychczas cząstkę składającą się z czterech kwarków. Naukowcy pracujący przy eksperymencie LHCb poinformowali o zarejestrowaniu tetrakwarka, który może być pierwszą z nieznanej dotychczas klasy cząstek. Odkrycie pozwoli fizykom na zrozumienie sposobu, w jaki kwarki tworzą inne cząstki, jak protony i neutrony obecne w jądrze atomowym.

Kwarki zwykle łączą się w grupy po dwa lub trzy tworząc hadrony. Przez dziesięciolecia teoretycy przewidywali, że istnieją hadrony złożone z czterech i pięciu kwarków, zwane tetra- i pentakwarkami. W ciągu ostatnich lat udało się potwierdzić ich istnienie. Informowaliśmy zarówno o niezwykłym tetrakwarku, jak i o pentakwarkach odkrytych przez polskiego uczonego.

Już samo istnienie cząstek stworzonych z czterech kwarków jest czymś niezwykłym. Teraz odkryliśmy pierwszą cząstkę złożoną z czterech ciężkich kwarków tego samego typu. Jest ona zbudowana z dwóch kwarków powabnych i dwóch antykwarków powabnych, mówi Giovanni Passaleva, rzecznik prasowy LHCb. Dotychczas znaliśmy tetrakwarki składające się co najwyżej z dwóch ciężkich kwarków i nigdy nie zawierały one więcej niż dwóch kwarków tego samego typu.

Odkrycie egzotycznych ciężkich cząstek to dla naukowców okazja, by przetestować modele teoretyczne, które następnie można będzie wykorzystać do wyjaśnienia natury materii. Dzięki niezwykłemu tetrakwarkowi możemy więcej dowiedzieć się o protonach i neutronach.

Nową cząstkę odkryto analizując nadmiarowe sygnały pochodzące ze zderzeń. Podczas przeszukiwania pełnych danych z dwóch kampanii badawczych LHC (2009–2013 i 2015–2018) naukowcy natknęli się na skok w dystrybucji masy pary cząstek J/ψ, która zawiera kwark powabny i antykwark powabny. Istotność statystyczna przekracza w tym przypadku 5 sigma, jest więc powyżej poziomu, od którego z całą pewnością mówimy o odkryciu. Szczegółowa analiza wykazała, że za zauważony nadmiar jest związany z istnieniem wspomnianego tetrakwarka.

Naukowcy – podobnie jak w przypadku wcześniej odkrytych tetrakwarków – nie mają jeszcze pewności, czy mamy do czynienia z „prawdziwym tetrakwarkiem”, w którym wszystkie kwarki są silnie ze sobą związane czy też z dwiema cząstkami składającymi się z dwóch kwarków każda, słabo powiąznymi w strukturze przypominającej molekukłę.

Niezależnie jednak od tego, nowa cząstka pozwoli na testowanie modeli chromodynamiki kwantowej.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy zgadzają się co do tego, że nie istnieje cząstka złożona z samych protonów. Jednak od ponad 50 lat szukają cząstki składającej się z więcej niż 2 neutronów. Naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Monachium poinformowali właśnie, że przeprowadzone przez nich eksperymenty wykazały na możliwość istnienia tetraneutronu, hipotetycznej cząstki złożonej z czterech neutronów. I nie są pierwszymi, którzy na istnienie takiej cząstki wskazują.
      Już 20 lat temu francuscy naukowcy opublikowali wyniki swoich eksperymentów, a wśród nich sygnał, który zinterpretowali jako pojawienie się długo poszukiwanego tetraneutronu. Później jednak inne grupy badawcze wykazały, że metodologia Francuzów nie mogła dowieść istnienia tetraneutronów.
      W 2016 roku Japończycy z RIKEN próbowali uzyskać tetraneutron bombartując hel-4 strumieniem helu-8. W wyniku tych badań stwierdzili, że tetraneutron nie istnieje w stanie związanym, a tworzące go neutrony bardzo szybko rozpierzchają się. Rok później fizycy z USA i Francji stworzyli teoretyczny model tetraneutronu, z którego wynika, że jeśli taka cząstka w ogóle istnieje, to bardzo szybko się rozpada. Nie wiemy więc, czy mogą istnieć tetraneutrony, w których dochodzi do oddziaływań pomiędzy ich poszczególnymi elementami.
      Jeśli jednak tetraneutrony istnieją, może to oznaczać, że fizycy muszą przemyśleć koncepcję oddziaływań silnych. To jedne z czterech oddziaływań podstawowych.
      Oddziaływania silne to ta siła, która trzyma wszystko razem. Atomy cięższe od wodoru nie mogłyby bez niej istnieć, mówi doktor Thomas Faestermann, który stał na czele grupy badawczej  z Monachium.
      Niemcy przeprowadzili badania, w ramach których lit-7 bombardowali strumieniem jąder atomowych litu-7. Uzyskane w ich wyniku pomiary odpowiadają sygnałowi węgla-10 oraz tetraneutronowi o energii wiązania wynoszącej 0,42 MeV (+/- 0,16 MeV). Wynika z nich również, że tetraneutron powinien być tak stabilny jak samodzielny neutron, a czas jego półrozpadu powinien wynieść 450 sekund. Naszym zdaniem to jedyne zgodne z fizyką wyjaśnienie naszych pomiarów, mówi doktor Faestermann.
      Pewność pomiaru wynosi ponad 99,7%. Jednak... to za zbyt mało. Pewność statystyczna dla tej wartości to 3σ. Tymczasem w fizyce istnienie cząstki uznaje się za udowodnione, jeśli pewność statystyczna wynosi co najmniej 5σ. Ten poziom oznacza, że ryzyko, iż sygnał jest fałszywy, wynosi 1:3 500 000. Dlatego też naukowcy z Monachium z niecierpliwością czekają, by inny zespół niezależnie potwierdził ich spostrzeżenia.
      Wyniki badań zostały opublikowane w Physical Letters B.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Podczas Konferencji nt. Fizyki Wysokich Energii Europejskiego Towarzystwa Fizycznego poinformowano o odkryciu w CERN-ie nowej egzotycznej cząstki oznaczonej Tcc+. To tetrakwark, hadron zawierający dwa kwarki i dwa antykwarki. Jest najdłużej żyjącą ze wszystkich egzotycznych cząstek i pierwszym tetrakwarkiem, składającym się z dwóch ciężkich kwarków i dwóch lekkich antykwarków.
      Kwarki to podstawowe cegiełki materii. Łączą się m.in. w bariony, takie jak proton i neutron, złożone z trzech kwarków cz w mezony, składające się z kwarka i antykwarka. W ostatnich latach informowaliśmy o odkryciu kolejnych egzotycznych cząstek, złożonych z czterech (tetra-) i pięciu (penta-) kwarków.
      Dotychczas poznaliśmy kilkanaście tetrakwarków, jednak ten najnowszy jest wyjątkowy. Składa się z dwóch kwarków powabnych oraz antykwarka górnego i dolnego. To pierwszy tetrakwark z dwoma kwarkami powabnymi, które nie zostały zrównoważone antykwarkami powabnymi. Fizycy mówią tutaj o „otwartym powabie”. W tym przypadku mamy więc do czynienia z „podwójnym otwartym powabem”. Cząstki zawierające kwark powabny i antykwark powabny niosą zaś „ukryty powab”.
      Tcc+ ma więcej wyjątkowych właściwości. Jest pierwszym tetrakwarkiem z dwoma ciężkimi kwarkami i dwoma lekkimi antykwarkami. Zgodnie z obowiązującymi teoriami, takie cząstki rozpadają się do mezonów, tworzonych przez ciężki kwark i lekki antykwark. Niektóre teorie mówią, że masa takiego tetrakwarka powinna być bardzo zbliżona do masy obu mezonów, w które tetrakwark się rozpada. Podobieństwo masy powoduje, że rozpad tego typu tetrakwarków jest dość trudny, skutkując ich dłuższym życiem. I rzeczywiście, badacze z LHCb zauważyli, że Tcc+ jest najdłużej istniejącym egzotycznym hadronem jaki znamy.
      Odkrycie to otwiera drogę do poszukiwań jeszcze cięższych cząstek tego typu, gdzie w miejscu jednego lub obu kwarków powabnych będzie znajdował się kwark niski. Z obliczeń wynika, że cząstka zawierająca dwa kwarki niskie byłaby szczególnie interesująca, gdyż jej masa powinna być mniejsza niż suma mas jakiejkolwiek pary mezonów B. To by oznaczała, że cząstka taka nie mogłaby się rozpaść za pośrednictwem oddziaływań silnych. Do jej rozpadu mogłoby dojść za pośrednictwem oddziaływań słabych, a to by oznaczało, że jej czas życia byłby o wiele rzędów wielkości dłuższy niż jakiegokolwiek znanego egzotycznego hadronu.
      Nowy tetrakwark to bardzo dobry obiekt do dalszych badań. Rozpada się w dość łatwe do wykrycia cząstki, emitując przy tym niewielką ilość energii, dzięki czemu możliwe będzie bardzo dokładne badanie Tcc+. Będzie on zatem stanowił dobry obiekt do testowania obowiązujących modeli teoretycznych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nadeszły długo oczekiwane pierwsze wyniki badań w eksperymencie Muon g-2 prowadzonym przez Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab). Pokazują one, że miony zachowują się w sposób, który nie został przewidziany w Modelu Standardowym. Badania, przeprowadzone z bezprecedensową precyzją, potwierdzają sygnały, jakie inni naukowcy zauważali od dekad. Jeśli się potwierdzą, będzie to wyraźnym dowodem, iż miony wykraczają poza Model Standardowy i mogą wchodzić w interakcje z nieznaną cząstką.
      To wyjątkowy dzień, długo oczekiwany nie tylko przez nas, ale przez całą społeczność fizyków, mówi Graziano Venanzoni, fizyk z Włoskiego Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej, rzecznik eksperymentu Muon g-2.
      Miony są około 200 razy bardziej masywne niż ich kuzyni, elektrony. Występują w promieniowaniu kosmicznym docierającym do Ziemi, a w akceleratorach cząstek potrafimy uzyskiwać je w dużych ilościach. Podobnie jak elektrony, miony zachowują się tak, jakby zawierały magnes. Jak wiemy ze wzoru wprowadzonego przez Paula Diraca, twórcę teorii kwarków, moment magnetyczny samotnego mionu – współczynnik g – ma wartość 2. Stąd zresztą nazwa eksperymentu Muon g-2. Z czasem do wyliczeń tych wprowadzono niewielkie poprawki, określając dokładną wartość współczynnika.
      Jednak na mion, podobnie zresztą jak na elektron, wpływa jego otoczenie. Gdy miony krążą w eksperymencie Muon g-2 stykają się z kwantową pianką tworzoną przez pojawiające się i znikające subatomowe cząstki. Interakcja z nimi wpływa na wartość współczynnika g. Model Standardowy pozwala z wielką precyzją wyliczyć tę wartość. Oczywiście uwzględniając przy tym znane nam cząstki. Jeśli więc pojawi się cząstka lub siła nieznana w Modelu Standardowym, współczynnik g przyjmie wartość, która nie jest przezeń przewidziana.
      To, co mierzymy, odzwierciedla wszystkie interakcje, z jakimi mion miał do czynienia. Jednak gdy teoretycy przeprowadzają swoje obliczenia, biorąc pod uwagę wszystkie znane siły i cząstki Modelu Standardowego, okazuje się, że wynik ich obliczeń jest różny od wyniku naszego eksperymentu. To silna wskazówka, że na mion działa coś, czego nie przewiduje Model, mówi Renee Fatemi, fizyk z University of Kentucky, która jest odpowiedzialna za symulacje w eksperymencie Muon g-2.
      Zgodnie z akceptowanymi obecnie wyliczeniami teoretyków współczynnik g dla mionu wynosi 2,00233183620(86), a wartość poprawki momentu magnetycznego to 0,00116591810(43). W nawiasach zawarto niepewność wyliczeń. Tymczasem uśrednione wartości, jakie uzyskano podczas najnowszych eksperymentów w Fermilab to 2,00233184122(82) oraz 0,00116592061(41).
      Istotność statystyczna tej różnicy – czyli w tym przypadku niezgodność obliczeń teoretycznych obliczeń z pomiarami – wynosi aż 4,2 sigma. Przypomnijmy tutaj, że od 5 sigma mówimy w fizyce o odkryciu. Prawdopodobieństwo, że uzyskane wyniki są fałszywe wynosi 1:40 000. Jak zatem widać, fizycy o odkryciu jeszcze nie mówią, ale mają bardzo silne przesłanki, by wierzyć w wyniki eksperymentu.
      Eksperyment Moun g-2 zaczął w Fermilab pracę w 2018 roku. Korzysta on z nadprzewodzącego magnetycznego pierścienia akumulacyjnego o średnicy ponad 15 metrów. W 2013 roku pierścień ten został przewieziony z Brookhaven National Laboratory, gdzie nie był już potrzebny. To niezwykłe wydarzenie opisywaliśmy przed 8 laty. Przez kolejne 4 lata specjaliści składali, kalibrowali i testowali nowe urządzenie, wyposażając Moun g-2 w najnowsze osiągnięcia techniki i tworząc na jego potrzebny nowe metody badawcze.
      W eksperymencie tym strumień mionów tysiące razy krąży w pierścieniu z prędkością bliską prędkości światła. Tylko w pierwszym roku działania Muong g-2 z Fermilab zebrał więcej danych niż wszystkie wcześniejsze eksperymenty razem wzięte. Dzięki współpracy ponad 200 naukowców z 35 instytucji naukowych z 7 krajów udało się obecnie dostarczyć szczegółowe dane dotyczące pomiarów ruchu ponad 8 miliardów mionów wykorzystywanych podczas pierwszego sezonu badawczego (rok 2018). Obecnie prowadzone są analizy danych z dwóch kolejnych sezonów (lata 2019–2020). Jednocześnie trwa czwarty sezon, a piąty jest planowany.
      Połączenie danych ze wszystkich wspomnianych sezonów pozwoli na określenie współczynnika g z jeszcze większą precyzją. Dotychczas przeanalizowaliśmy mniej niż 6% danych, jakie dostarczy nam Muon g-2. Już pierwsze wyniki pokazują, że istnieje interesująca rozbieżność pomiędzy eksperymentem a Modelem Standardowym. W ciągu najbliższych kilku lat dowiemy się znacznie więcej, mówi Chris Polly z Fermilab, który jako student brał udział w badaniach w Brookhaven.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W połowie marca został opublikowany tzw. żółty raport nowego Zderzacza Elektron-Jon (EIC), który ma powstać w USA. Stworzyli go naukowcy z ponad 150 instytucji na świecie, w tym z NCBJ. Raport formułuje oczekiwania dotyczące badań prowadzonych w przyszłym urządzeniu i wskazuje sposoby stworzenia najlepszej służącej temu celowi konstrukcji.
      To już kolejny niezwykle ważny krok w kierunku powstania EIC. Nieco ponad 2 lata temu informowaliśmy o zaakceptowaniu celów naukowych dla akceleratora, a w ubiegłym roku dowiedzieliśmy się, że wskazano lokalizację EIC.
      Tak zwany żółty raport (ang. yellow report) jest podsumowaniem przeszło rocznej pracy nad przygotowaniem projektu Zderzacza Elektron-Jon (ang. electron-ion collider, EIC), który powstanie w amerykańskim Narodowym Laboratorium w Brookhaven. Fizycy z Zakładu Fizyki Teoretycznej NCBJ – prof. dr hab. Lech Szymanowski, dr hab. Jakub Wagner i dr Paweł Sznajder są współautorami tego opracowania. We współpracy z eksperymentalistami, badali oni na jego potrzeby możliwość pomiaru procesów czułych na tzw. uogólnione rozkłady partonów (ang. generalised parton distributions, GPDs). Uogólnione rozkłady partonów opisują strukturę materii w języku kwarków i gluonów, czyli na możliwie najbardziej elementarnym poziomie – wyjaśnia dr Paweł Sznajder. Wypracowane wnioski dotyczą m. in. optymalizacji projektu detektorów, czyli ich geometrii i podzespołów, tak aby w możliwie jak najlepszy sposób zrealizować postawione cele badawcze.
      Jednym z obiecujących procesów, które naszym zdaniem warto badać w zderzeniach elektronów z jonami jest tzw. rozpraszanie do tyłu – uzupełnia profesor Lech Szymanowski. W procesie tym wirtualny foton wymieniany pomiędzy zderzanym elektronem, a jednym z kwarków nukleonu prowadzi do wytworzenia w stanie końcowym mezonu o pędzie przeciwnym do pędu fotonu, co uzasadnia nazwę takiego procesu jako produkcji mezonu do tylu (backward meson production). Od pewnego czasu przekonywaliśmy eksperymentatorów, że te procesy poddające się częściowo analizie perturbacyjnej mogą być cennym uzupełniającym źródłem informacji o strukturze partonowej nukleonów, którą typowo bada się w procesach z mezonem w stanie końcowym z pędem zbliżonym do pędu zderzającego się fotonu (forward meson production). Początkowo podejście kolegów do naszej propozycji było sceptyczne, gdyż proces produkcji mezonu do tyłu jest silnie tłumiony przez wyższą potęgę małej stałej sprzężenia oddziaływań silnych występujace w części amplitudy rozpraszania opisywanej teorią zaburzeń. Jednak nasze obliczenia pokazały, że należy także w tym przypadku oczekiwać obserwowalnych doświadczalnie sygnałów. W efekcie wskazanymi przez nas procesami zainteresowali się zarówno fizycy z działającego zderzacza w Jefferson LAB, jak i zostały one uwzględnione w programie badawczym EIC.
      Praca nad raportem pozwoliła także na zainicjowanie szeregu aktywności związanych z rozwojem metod obliczeniowych – dodaje dr Sznajder. Pracujemy m. in. nad metodami Monte Carlo, będącymi ważną częścią symulacji pracy detektorów. Ponadto jesteśmy zaangażowani w rozwój platformy obliczeniowej PARTONS, z której korzystają teoretycy i doświadczalnicy badający rozkłady GPD.
      Dążymy do stworzenia trójwymiarowego obrazu protonu – wyjaśnia szczegóły dr hab. Jakub Wagner. Wykonaliśmy obliczenia teoretyczne i skorzystaliśmy z platformy PARTONS, aby uzyskać przewidywania przekrojów czynnych, czyli prawdopodobieństw zajść interesujących nas procesów fizycznych. Wszystko to po to, by eksperymentatorzy wiedzieli gdzie i jakie detektory umieścić wokół miejsca zderzeń, aby uzyskać najwięcej interesujących informacji.
      Tworzenie tzw. żółtych raportów dla projektowanych wielkich urządzeń badawczych to typowa praktyka w świecie nauki w obszarze fizyki wysokich energii. Na podstawie tego typu raportów są następnie organizowane współprace eksperymentalne i projektowane są detektory.
      Publikacja żółtego raportu EIC zbiegła się w czasie z publikacją tzw. białego, bardziej podstawowego raportu dla chińskiego zderzacza elektron-jon (ang. Electron-Ion Collider in China, EIcC). Raport ten jest podsumowaniem celów badawczych, które można by zrealizować w EIcC. W jego przygotowaniu byli również zaangażowani nasi fizycy. Projekt EIcC nie jest jeszcze zaakceptowany do realizacji. Jeżeli powstanie, będzie posiadał inne parametry pracy zderzacza w stosunku do projektu amerykańskiego, przez co uzupełni światowy program badawczy fizyki wielkich energii, szczególnie ten związany z chromodynamiką kwantową (ang. quantum chromodynamics, QCD). Budowę zderzacza elektronów i jonów rozważa także CERN.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...