Большой адронный коллайдер (БАК), крупнейшая и самая сложная машина, созданная человечеством, возобновил работу в апреле этого года после почти трех лет технического обслуживания и модернизации. После того, как ускорители частиц начали измельчать частицы вместе на беспрецедентных уровнях энергии, ЦЕРН (Европейская организация ядерных исследований) объявил, что БАК помог открыть три невиданные ранее частицы: новый тип «пентакварка» и пару частиц, которые никогда не были обнаружены. видел раньше никогда не видел -тетракварк, замеченный ранее, был замечен ранее.
Никола Нери, старший участник исследования LHCb (LHC Beauty), говорит Indianexpress.com О новом открытии, будущем ускорителей частиц и о том, почему ученые надеются, что следующее открытие БАК разрушит Стандартную модель — модель физики элементарных частиц, которая, кажется, охватывает все открытия, сделанные БАК на сегодняшний день. Это отредактированная версия интервью.
В: Что такое новые пары пентакварков и тетракварков?
Мы нашли какие-то странные частицы, а это значит, что они не существуют в природе и не являются обычной материей. Кварки — это фундаментальные частицы, и они объединяются в адроны, такие как барионы с тремя кварками, мезоны с кварками и антикварками. Это частицы, которые мы изучали и хорошо знали их свойства.
Недавно открытый пентакварк показан здесь как пара модульных адронов, слабо связанных в молекулярно-подобную структуру. Он состоит из нижних кварков, нечетных кварков, очарованных кварков и очарованных антикварков. (Изображение предоставлено ЦЕРН)
Но экзотика бывает разной и производится по-разному. В случае вновь открытого пентакварка это все еще барион, но с тремя кварками, у него есть дополнительная пара, состоящая из кварка и антикварка. Тетракварки относятся к семейству мезонов, но вместо пары кварк и антикварк у них есть две пары кварков. Это состояние было предсказано в номинальной кварковой модели, введенной в 1960-х годах, но до сих пор такое состояние не найдено.
В: Как вы обнаруживаете эти частицы, когда у них такой короткий срок жизни?
Их жизнь очень коротка. Они производятся и разлагаются практически мгновенно. Техника, которую мы используем, заключается в восстановлении процесса распада. Посторонние частицы распадаются на более стабильные частицы, которые перемещаются в пределах отслеживающего объема нашего детектора. При этом они взаимодействуют с магнитным полем внутри детектора и выделяют энергию. Мы можем обнаружить эти энергетические сигналы, чтобы рассчитать их местоположение и траекторию, что поможет нам реконструировать процесс распада и понять, от какой странной частицы он исходил.
Конечно, это очень сложный процесс. Мы используем методы распознавания образов, чтобы гарантировать, что мы назначаем правильные результаты правильному пути. Для этого требуются очень сложные детекторы, очень сложная обработка данных и очень сложное программное обеспечение для реконструкции, которое мы разработали.
Вопрос: Какова важность обнаружения этих частиц?
Это очень интересно с точки зрения теории физики элементарных частиц. В настоящее время мы не знаем, какой механизм удерживает кварки вместе в этих условиях. Вот почему такой большой интерес. Мы знаем, что эти частицы существуют, мы можем их обнаружить, мы можем измерить их свойства, но на самом деле мы не знаем, как эти частицы соотносятся друг с другом.
Два новых кварка изображены здесь как один тесно связанный кварк. Частицы, изображенные слева, состоят из очарованных кварков, нечетных антикварков, восходящих кварков и нисходящих антикварков. Частица справа состоит из очарованных кварков, нечетных антикварков, восходящих антикварков и нисходящих кварков. (Изображение предоставлено ЦЕРН)
В: Каков ваш план действий, чтобы узнать больше о механизме связывания этих частиц?
Это действительно уникальное время для нас, так как мы обновили и обновили наши детекторы. Расширенные возможности упростят использование данных, сгенерированных детектором, для восстановления этого состояния. У нас также есть новая стратегия стрельбы, что означает, что мы будем эффективнее восстанавливать дело более точно. Мы проведем больше измерений, и в ближайшие годы может быть больше открытий, которые приведут нас к лучшему пониманию.
В: Как вы думаете, какие теории могут помочь понять природу связывания частиц?
Одной из таких теорий является квантовая хромодинамика (КХД), проверенная теория, объясняющая сильные взаимодействия. Мы знаем, что это может объяснить наблюдаемый нами тип сильных взаимодействий. Но из-за нашей ограниченной способности объяснить эффекты сильных взаимодействий мы не можем точно предсказать, насколько сильными будут взаимодействия во вновь открытых частицах.
Мы построили модель на основе этой теории и попытались оценить модель на основе большего количества поступающих данных. Одна интересная модель состоит в том, что эти единицы состоят из сильно связанных кварков, и есть некоторые доказательства, подтверждающие это. Другая теория состоит в том, что некоторые из этих адронов слабо связаны.
В: Все новые открытия, сделанные БАК, похоже, соответствуют Стандартной модели, но ученые с нетерпением ждут открытий, которые не соответствуют. Почему это происходит, когда у вас есть модель, которая, кажется, очень хорошо объясняет многие явления в физике элементарных частиц?
Да, у нас есть модель для описания взаимодействий между этими фундаментальными частицами. Все кажется последовательным. Однако мы знаем, что есть некоторые данные из других областей физики элементарных частиц, которые мы не можем объяснить с помощью Стандартной модели. Некоторые из наблюдаемых нами результатов остались необъяснимыми. Например, у нас нет объяснения темной материи или темной энергии. Множественное смешивание нейтрино. Мы всего этого не понимаем. Итак, есть еще много явлений, которые мы наблюдаем без какого-либо объяснения.
Мы уже знаем, что должно быть что-то, чего не предсказывает Стандартная модель, потому что у нас есть косвенные доказательства этого. Мы не можем сформулировать теорию, если не знаем основного механизма, ответственного за этот эффект. Вот почему мы ищем что-то за пределами этой парадигмы. Если мы обнаружим что-то подобное, произойдет смена парадигмы. Это будет революция в этой области.
Вот почему все хотят искать сигнал, выходящий за рамки стандартной модели. Это означает, что нам нужно переписать ту часть физики, которую мы знаем. Например, мы знаем, что существует четыре фундаментальных взаимодействия: сильное и слабое, электромагнетизм и гравитационное взаимодействие. Возможно, существует пятая сила, о которой мы пока не знаем. Этот пример просто для того, чтобы дать вам представление, но именно поэтому так много внимания уделяется чему-то, что идет вразрез с правилами Стандартной модели.
