Фізики вперше побачили ознаки трикутної сингулярності

14

Трикутна сингулярність, вперше представлена російським фізиком левом ландау в 1950-х роках, відноситься до рідкісного субатомного процесу, коли частинки обмінюються ідентичностями, перш ніж полетіти один від одного.

У цьому сценарії дві частинки, звані каонами, утворюють два кути трикутника, а частинки, які вони змінюють місцями, утворюють третю точку трикутника.

“частинки, що беруть участь, обмінювалися кварками і в процесі змінювали свою ідентичність”, – йдеться в заяві співавтора дослідження бернхарда кетцера з інституту радіаційної та ядерної фізики ім. Гельмгольца при боннському університеті.

Це називається сингулярністю, тому що математичні методи опису взаємодій субатомних частинок не працюють.

Якщо ця дивна зміна ідентичності частинок дійсно відбулася, це могло б допомогти фізикам зрозуміти сильну силу , яка пов’язує ядра разом.

У 2015 році фізики, які вивчали зіткнення частинок в церні в швейцарії, подумали, що вони мигцем побачили короткоживучий екзотичний набір частинок, відомий як тетракварк. Але нове дослідження пропонує іншу інтерпретацію-щось ще більш дивне.

Замість того, щоб формувати нову групу, пара частинок обмінювалася ідентичностями перед відльотом. Цей обмін ідентичністю відомий як сингулярність трикутника, і цей експеримент міг несподівано дати перше свідчення цього процесу.

Експеримент compass (загальний мюонний і протонний апарат для структури і спектроскопії) в церн вивчає сильну взаємодію. Хоча сила має дуже просте завдання (тримати протони та нейтрони разом), сама сила запаморочливо складна, і фізикам було важко повністю описати її поведінку у всіх взаємодіях.

Отже, щоб зрозуміти сильну взаємодію, вчені compass зіштовхують частинки разом на надвисоких енергіях всередині прискорювача, званого суперпротонним синхротроном. Потім вони дивляться, що відбувається.

Вони починаються з півонії, який складається з двох основних будівельних блоків: кварка і антикварка. Сильна взаємодія утримує кварк і антикварк всередині півонії.

На відміну від інших фундаментальних сил природи , які слабшають з відстанню, сильна сила тим сильніше, чим далі один від одного видаляються кварки (уявіть кварки в півонії, прикріплені гумкою – чим більше ви їх розриваєте, тим важче стає) .

Потім вчені прискорюють цей півонія майже до швидкості світла і врізають його в атом водню . Це зіткнення розриває сильну силову зв’язок між кварками, вивільняючи всю накопичену енергію.

“це перетворюється на речовину, яка створює нові частинки”, – сказав кетцер. “таким чином, подібні експерименти дають нам важливу інформацію про сильну взаємодію”.

Ще в 2015 році compass проаналізував рекордні 50 мільйонів таких зіткнень і виявив інтригуючий сигнал. Після цих зіткнень нова частка з’являлася менш ніж в 1% випадків.

Вони охрестили частинку “a1 (1420)” і спочатку думали, що це нова група з чотирьох кварків – тетракварк. Однак цей тетракварк був нестабільним, тому потім розпався на інші.

Кварки зазвичай входять групами по три (які складають протони і нейтрони) або парами (наприклад, півонії), так що це було великою справою. Група з чотирьох кварків була дійсно рідкісною знахідкою.

Але новий аналіз, опублікований у серпні в журналі physical review letters, пропонує ще більш дивну інтерпретацію.

Замість того, щоб на короткий час створити новий тетракварк, всі ці зіткнення півоній призвели до чогось несподіваного: легендарної сингулярності трикутника.

Ось що думають дослідники, що стоять за новим аналізом.

Півонія врізається в атом водню і розпадається на частини, при цьому вся потужна силова енергія виробляє потік нових частинок. Деякі з цих частинок є каонами, які представляють собою ще один вид кварк-антикварної пари.

Дуже рідко, коли створюються два каони, вони починають подорожувати різними шляхами. Зрештою ці каони розпадуться на інші, більш стабільні частинки. Але перш ніж вони це роблять, вони обмінюються один з одним одним зі своїх кварків, трансформуючись в процесі.

Це короткочасний обмін кварками між двома каонами, що імітує сигнал тетракварка.

“частинки, що беруть участь, обмінювалися кварками і в процесі змінювали свою ідентичність”, – сказав кетцер, який також є учасником трансдисциплінарної дослідницької галузі “будівельні блоки матерії та фундаментальних взаємодій” (tra matter).

“отриманий сигнал виглядає точно так само, як від тетракварка”.

Якщо ви нанесете на карту шляху окремих частинок після початкового зіткнення, пара каонів утворює дві ноги, а обмінювані частинки утворюють третю між ними, в результаті чого на діаграмі з’являється трикутник, звідси і назва.

Хоча фізики передбачали сингулярності трикутників більше півстоліття, це найближче до реального спостереження з будь-якого експерименту.

Тим не менш, це все ще не відкриття. Нова модель процесу, що включає особливості трикутників, має менше параметрів, ніж модель тетракварка, і пропонує кращу відповідність даним. Але це не остаточно, оскільки вихідна модель тетракварка все ще могла пояснити дані.

Тим не менш, це інтригуюча ідея. Якщо він збережеться, це буде потужне випробування сильної ядерної взаємодії, оскільки поява сингулярностей трикутника-це передбачення нашого розуміння цієї сили, яке ще належить повністю вивчити.

Нагадаємо, раніше повідомлялося, що .