Мезон f0 (1710) - частица-глюбол, состоящая исключительно из ядерных сил - «Наука и технологии»

Термины, которые описывают явления странного квантового мира, стали достаточно распространены в нашем словаре в последнее время. Наши читатели уже не один раз слышали о кварках, глюонах и даже о кошке Шредингера. И сейчас мы представим вам еще одно такое слово - "глюбол" (Glueball), и этому слову соответствует экзотическая элементарная частица, которая была недавно обнаружена учеными из Венского технологического университета (TU Wien). А самая странная особенность обнаруженной частицы-глюбола заключается в том, что она состоит исключительно из глюонов, другими словами - из чистых сил ядерных взаимодействий.

Возможность существования подобных частиц обосновали в 1972 году физики Мюррей Гелл-Манн (Murray Gell-Mann) и Харальд Фрич (Harald Fritsch), которые изучали особенности недавно обнаруженных глюонов и их связанные состояния. С того времени множество ученых пытались найти подтверждения существованию частиц-глюболов, частиц вещества, которое в те времена называлось словом "глюониум". Из-за их нематериальной природы такие частицы могут быть обнаружены лишь косвенным методом, путем анализа их распада на более маленькие частицы.

Некоторое время позже, физик Антон Ребхэн (Anton Rebhan) и его студент-выпускник Фредерик Брюннер (Frederic Br?nner) из Венского технологического университета выдвинули теоретическое обоснование того, что сильный ядерный резонансный распад f0(1710), следы которого были обнаружены в данных, собранных при помощи нескольких ускорителей частиц, является убедительным доказательством факта существования частиц-глюболов.

Напомним нашим читателям, что кварки - это маленькие элементарные частицы, из которых состоят большие частицы, такие, как нейтроны и протоны. Кварки связываются друг с другом при помощи сил сильных ядерных взаимодействий. "В физике элементарных частиц носителем фундаментальной силы определенного типа является соответствующая частица. К примеру, носителем сил сильных ядерных взаимодействий является глюон" - рассказывает профессор Ребхэн.

Элементарные частицы можно разделить на два больших типа, те, которые являются носителем тех или иных сил (бозоны), самым ярким примером которых является фотон, и частицы, из которых состоит материя (фермионы), к числу которых относятся протоны, нейтроны и электроны. Среди бозонов фотоны являются носителями электромагнетизма, а глюоны играют подобную роль по отношению к силам сильных ядерных взаимодействий. Все бозоны имеют массу схожих параметров, но имеются и некоторые кардинальные отличия, к примеру, силы, которые заключены в фотоне, никак не влияют на эту частицу, в то время, как силы сильных ядерных взаимодействий оказывают достаточно чувствительное влияние на их носителей, на глюоны. И это определяет тот факт, что глюоны могут взаимодействовать с другими подобными частицами и объединяться, формируя более крупные частицы, состоящие из чистых сил ядерных взаимодействий.

Многие ученые считают, что множество частиц, появление которых в недрах ускорителей пока не поддается объяснению, могут указывать на присутствие частиц-глюболов, состоящих из различного числа глюонов. Однако, существует и альтернативная точка зрения на эту загадку, это может быть объяснено наличием сигналов от скоплений кварков и антикварков. В любом случае оба этих варианта труднодоказуемы, так как исходные частицы существуют слишком короткое время для того, чтобы их можно было обнаружить непосредственно.

Однако, два мезона, субатомные частицы, состоящие из одного кварка и одного антикварка, имеющие названия f0 (1500) и f0 (1710), согласно некоторым теоретическим вычислениям и математическим критериям, являются кандидатами на звание частицы-глюбола. В пользу этого говорит тот факт, что появление тяжелого (странного) кварка при распаде f0 (1710) является весьма необычным событием, ведь во взаимодействиях между глюонами обычно не наблюдаются различия между тяжелыми и более легкими кварками.

"К сожалению, последовательность распада частиц-глюболов не может быть вычислена с достаточной точностью" - рассказывает профессор Ребхэн, - "Но наши расчеты показывают, что частица-глюбол будет распадаться с образованием странного кварка в большинстве случаев".

Несмотря на существующие несогласованности, образцы распадов, рассчитанные учеными из Венского технологического университета, демонстрируют факт образования двух более легких частиц, и это весьма точно совпадает с зарегистрированными образцами распада f0 (1710). Но вычисления показали, что существуют и более экзотические виды распада этих частиц, в результате которых образуются две или большее число меньших частиц, и в будущем, используя теоретические показатели этих процессов, ученые будут пытаться найти экспериментальное подтверждение их существованию.

Эти альтернативные пути распада частиц-глюболов могут быть обнаружены оборудованием двух экспериментов, ТОТЕМ и LHCb, Большого Адронного Коллайдера, и оборудованием ускорителя BESIII, находящегося в Пекине. Исследователи ожидают, что за несколько последующих месяцев все эти научные приборы произведут данные в количестве, достаточно для поисков подтверждения теории ученых из Венского технологического университета. "Результаты этих экспериментов будут иметь крайне важное значение для нашей теории" - рассказывает профессор Ребхэн, - "Предсказанные нами виды распада частиц-глюболов весьма разнятся от результатов расчетов других ученых, основанных на вычислениях более простых моделей. И если экспериментальные данные подтвердят нашу теорию, то это станет замечательным успехом избранного нами подхода".

Если результаты экспериментов и теоретические вычисления совпадут, то это станет доказательством тому, что f0 (1710) действительно является частицей-глюболом. Такое подтверждение может оказать большое влияние на самые различные области физики элементарных частиц, классической физики и квантовой механики, и это может стать еще одним фактом, говорящим в пользу поддержки Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, столетие которой будет отмечаться в следующем месяце.