Головна » 2013»Травень»7 » Розумінню квантової хромодинаміки допоможуть експерименти на коллайдері
12:36
Розумінню квантової хромодинаміки допоможуть експерименти на коллайдері
При взаємодії на коллайдері частинок високих енергій утворюється величезна кількість всіляких частинок Цей процес називається множинним народженням, а різні його характеристики передбачаються за допомогою теорії сильних взаємодій – квантової хромодинаміки (КХД). Проте результати останніх подібних експериментів на БАК (Великому адронному коллайдері) не збігаються з передбаченнями моделей, побудованих за результатами минулих експериментів на інших прискорювачах. Про можливі причини цього неспівпадання і горизонтах нової експериментальної фізики високих енергій, що відкриваються, на Гинзбурговській конференції розповів професор Університету Брістоля і один з провідних фахівців в області вивчення множинного народження частинок Нік Брук. Для ідентифікації народжених частинок ідеально личить техніка двох експериментальних проектів, проходящих на БАК. Це проект ALICE (A Large Ion Collider Experiment), оптимізований для вивчення зіткнень важких іонів, і Lhcb, призначений для вивчення b-мезонів – частинок, що містять «чарівний» кварк. А сама інформація про народження частинок є необхідним фундаментом для подальшого розвитку КХД. Коментує Нік Брук: «Спостережувані розподіли частинок характеризують адронний стан матерії і є чутливими до лежачої в основі протонних для протона взаємодій квантовій хромодинаміці. ALICE, ATLAS і CMS вже вимірювали розподіли частинок в центральному регіоні взаємодії, а геометрія Lhcb дозволяє відстежити динаміку зіткнень і у віддаленої області. Це дає нам настільки необхідну інформацію для розвитку моделей і поліпшення Монте-Карловських генераторів подій».
Квантова хромодинаміка виникла в 70-х роках минулого століття як мікроскопічна теорія, що описує сильну взаємодію на субадронних масштабах, в якій беруть участь кварки, глюони і складені з них частки – адрони, у тому числі і зв'язані сильною взаємодією протони і нейтрони атомного ядра. Основний постулат квантової хромодинаміки приписує всім кваркам особливе квантове число, зване колірним зарядом або кольором. Настільки звичне слово не має нічого спільного із звичайними оптичними характеристиками, та зате лаконічно підкреслює той факт, що в природі кварки зустрічаються лише у вигляді безбарвних комбінацій – адронів, складених з трьох кварків (згадуємо аналогію: червоний, зелений і синій в сумі дають білий), або глюонів з кварка і антикварка з антикольором.
Передбачення КХД про параметри множинного народження часток даються або в аналітичній формі, або у вигляді чисельних комп'ютерних розрахунків по моделях Монте-Карло, які можна детально зіставляти з експериментальними даними. Ці моделі називають генераторами подій в тому сенсі, що вірогідність виникнення певних явищ в цих комп'ютерних розрахунках вважається пропорційній вірогідності відповідної події на реальному світі. Всі ці моделі добре працювали в узгодженні з минулими експериментами на інших прискорювачах і навіть мали якусь силу, що передбачала, але вони доки ніяк не збігаються з новими результатами, отриманими на БАК. Коментує професор ФІАН і провідний науковий співробітник сектора фізики високих енергій Андрій Леонідов: «Вивчення множинного народження при високих енергіях – це одна з фундаментальних фізичних проблем, і доповідь Брука була присвячена масиву експериментальної інформації, яка була напрацьована на коллайдере LHC. Там склалася дуже цікава ситуація: наявні моделі не описують багато істотних властивостей подій. У типовій їх конструкції якось зшивається фізика м'яких адронних струменів і жорсткого адронного випромінювання, а самі вони були відкалібровані, щоб успішно описувати FNAL, попередній прискорювач. В результаті в цій доповіді буквально не було жодного графіка, в якому теорія збіглася з новим експериментом. Тобто багато властивостей множинного народження сучасні моделі не описують зовсім». Так, професор Брук розповів про розбіжності передбачень з реальними даними по виникненню часток з «дивними» кварками в складі або порушеннях в співвідношенні баріонної і антибаріонної матерії. Але всі ці нестикування, як підкреслив Брук, лише розв'язують дослідникам руки і зайвий раз показують складну структуру КХД. Адже нові дані можуть допомогти в поліпшенні моделей генераторів подій, м'якого виробництва часток, мультічастічних зіткнень і багатьох інших явищ. З оптимізмом англійського фізика згоден і Андрій Леонідов: «Всі попередні моделі в нових експериментах показали себе різною мірою неуспіхами, і це створює цікаве поле для вивчення. Але ж ці ж моделі не просто так зібрали: це – краще, що людство може запропонувати на цю тему. Не те що якісь провінційні люди щось там написали, і це завдяки випадку використовується на LHC. На LHC використовується краще, що є, і це краще доки працює неважливо. А тема ця дуже важлива, тому що процеси множинного народження постійно відбуваються в коллайдере. Це домінуючі процеси з великим перетином, і вони потенційно впливають на всі останні процеси, визначають їх фон. Крім того, це фундаментально і цікаво. Отже нічого сумного не немає, чекаємо нових результатів!».
При зіткненні частинок високих енергій спостерігається множинне народження нових частинок.
При взаємодії на коллайдері частинок високих енергій утворюється величезна кількість всіляких частинок Цей процес називається множинним народженням, а різні його характеристики передбачаються за допомогою теорії сильних взаємодій – квантової хромодинаміки (КХД). Проте результати останніх подібних експериментів на БАК (Великому адронному коллайдері) не збігаються з передбаченнями моделей, побудованих за результатами минулих експериментів на інших прискорювачах. Про можливі причини цього неспівпадання і горизонтах нової експериментальної фізики високих енергій, що відкриваються, на Гинзбурговській конференції розповів професор Університету Брістоля і один з провідних фахівців в області вивчення множинного народження частинок Нік Брук. Для ідентифікації народжених частинок ідеально личить техніка двох експериментальних проектів, проходящих на БАК. Це проект ALICE (A Large Ion Collider Experiment), оптимізований для вивчення зіткнень важких іонів, і Lhcb, призначений для вивчення b-мезонів – частинок, що містять «чарівний» кварк. А сама інформація про народження частинок є необхідним фундаментом для подальшого розвитку КХД. Коментує Нік Брук: «Спостережувані розподіли частинок характеризують адронний стан матерії і є чутливими до лежачої в основі протонних для протона взаємодій квантовій хромодинаміці. ALICE, ATLAS і CMS вже вимірювали розподіли частинок в центральному регіоні взаємодії, а геометрія Lhcb дозволяє відстежити динаміку зіткнень і у віддаленої області. Це дає нам настільки необхідну інформацію для розвитку моделей і поліпшення Монте-Карловських генераторів подій».
