В своем исследовании исследователи проанализировали данные эксперимента COMPASS в Европейской организации ядерных исследований CERN в Женеве. Там определенные частицы, называемые пионами, достигают чрезвычайно высоких скоростей и стреляют в атомы водорода.
Пионы состоят из двух строительных блоков: кварка и антикварка. Они удерживаются вместе за счет сильного взаимодействия, как два магнита, полюса которых притягиваются друг к другу.
Когда магниты удаляются друг от друга, притяжение между ними последовательно уменьшается. С сильным взаимодействием все по-другому: оно увеличивается вместе с расстоянием, подобно растягивающей силе растягивающейся резиновой ленты.
Однако воздействие пиона на ядро водорода настолько сильно, что эта резинка разрывается. "Энергия растяжения", хранящаяся в нем, высвобождается сразу. «Это превращается в материю, которая создает новые частицы», – объясняет проф. Доктор.
Бернхард Кетцер из Института радиационной и ядерной физики им. Гельмгольца при Боннском университете. "Таким образом, подобные эксперименты дают нам важную информацию о сильном взаимодействии."
Необычный сигнал
В 2015 году детекторы КОМПАС зарегистрировали необычный сигнал после такого краш-теста. Похоже, это указывало на то, что столкновение создало новую экзотическую частицу на несколько долей секунды. «Частицы обычно состоят либо из трех кварков – например, из протонов и нейтронов, – либо, как пионы, из одного кварка и одного антикварка», – говорит Кетцер. «Это новое короткоживущее промежуточное состояние, однако, состояло из четырех кварков."
Вместе со своей исследовательской группой и коллегами из Мюнхенского технического университета физик провел новый анализ данных. «Мы смогли показать, что сигнал можно объяснить и другим способом, то есть с помощью вышеупомянутой сингулярности треугольника», – подчеркивает он.
Этот механизм был постулирован еще в 1950-х годах российским физиком Львом Давидовичем Ландау, но до сих пор не доказан напрямую.
Согласно этому столкновению частиц образовался вовсе не тетракварк, а совершенно нормальный кварк-антикварковый интермедиат. Это, однако, сразу же распалось снова, но необычным образом: «Участвующие частицы обменивались кварками и в процессе меняли свою идентичность», – говорит Кетцер, который также является членом области трансдисциплинарных исследований «Building Blocks of Matter and Fundamental.
Взаимодействия »(TRA Matter). "Результирующий сигнал выглядит точно так же, как от тетракварка с другой массой."Это первый раз, когда такая особенность треугольника была обнаружена, прямо имитируя новую частицу в этом диапазоне масс. Результат интересен еще и тем, что позволяет по-новому взглянуть на природу сильного взаимодействия.
Лишь небольшая часть массы протона может быть объяснена механизмом Хиггса
Протоны, нейтроны, пионы и другие частицы (называемые адронами) имеют массу.
Они получают это из так называемого механизма Хиггса, но, очевидно, не исключительно: протон имеет примерно в 20 раз больше массы, чем можно объяснить одним только механизмом Хиггса. «Гораздо большая часть массы адронов связана с сильным взаимодействием», – объясняет Кетцер. «Однако, как именно возникают массы адронов, пока не ясно. Наши данные помогают нам лучше понять свойства сильного взаимодействия и, возможно, то, каким образом оно влияет на массу частиц."