Neaptinkamo „trikampio singuliarumo” pirmasis ženklas rodo daleles besikeičiant savo ypatybėmis skrydžio viduryje

Fizikai atrinkdami senus dalelių greitintuvo duomenis atrado iki šiol neužfiksuoto proceso - trikampio singuliarumo - įrodymų.

Pirmiausia numatytas 1950 m. rusų fiziko Lev’o Landau, trikampis singuliarumas suteikia nuorodas į ypač retą subatominį procesą, kurio metu dalelės apsikeičia savo ypatybėmis, prieš tai, kai jos prasilenkia. Šiuo atveju, dvi dalelės vadinamos kaonais, suformuoja du trikampio kampus, kol dalelės kuriomis jie apsikeičia, suformuoja trečiąjį trikampio kampą.

„Dalelės dalyvaujančios kvarkų apsikeitime ir pakeičia jų ypatybes procese” - teigia tyrimo bendraautorius, Bonos universiteto, Helmholtz radiacijos ir branduolinės fizikos instituto mokslininkas  Bernhard’as Ketzer’is.

Tai vadinama singuliarumu, nes subatominių dalelių sąvaikas apibūdinantys matematiniai metodai palūžta.

Jei šis neįprastai keistas dalelių ypatybių apsikeitimas iš tikrųjų įvyko, tai gali padėti fizikams suprasti stipriąją sąveiką, kuri suriša branduolius tarpusavyje.

COMPASS

2015 m. fizikai stebėdami dalelių susidūrimus CERN (Šveicarijoje) pamanė, jog jie trumpam užfiksavo trumpai egzistuojančių, egzotiškų dalelių, žinomų kaip tetrakvarkai, rinkinį. Tačiau naujas tyrimas palaiko kitokią interpretaciją - kai kas yra netgi keisčiau. Užuot suformavusios naują grupę, prieš išskrendant pora dalelių dalinosi savomis ypatybėmis. Šis keitimasis ypatybėmis žinomas kaip trikampiis singuliarumas ir šis eksperimentas gali netikėtai pristatyti pirmąjį šio proceso įrodymą.

COMPASS (angl. Common Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy) eksperimentas CERN tiria stipriąją sąveiką. Nors sąveika turi labai paprastą darbą (laikyti protonus ir neutronus kartu), ji pati savaime yra svaiginančiai sudėtinga, tad fizikai turėjo sunkumų pilnai aprašyti jos elgesį visose reakcijose.

Taigi, kad suprastų stipriąją sąveiką, mokslininkai COMPASS eksperimento metu daleles daužo tarpusavyje, viduje greitintuvo, vadinamo super protonų sinchrotronu, esant itin dideliam kiekiui energijos.

Jie pradėjo su pionu, kuris yra sudarytas iš dviejų fundamentaliųjų dalelių - kvarko ir antikvarko - kurias kartu laiko stiprioji branduolinė sąveika. Kitaip nei kitos fundamentaliosios gamtos jėgos, kurios didėjant atstumui silpnėja, stiprioji sąveika didėjant atstumui tarp kvarkų stiprėja (įsivaizduokite lipnia juosta surištus kvarkus esančius pione - kuo labiau juos traukiate vieną nuo kito, tuo sunkiau darosi).

Vėliau mokslininkai pagreitino pioną iki šviesos greičiui artimo greičio ir leido jam atsitrenkti į vandenilio atomą. Po šio susidūrimo stiprioji branduolinė sąveika tarp kvarkų nebeveikė ir atpalaidavo visą sukauptą energiją. „Tai pavirto į materiją, kuri sukuria naujas daleles,” teigia Ketzer’is. „Todėl eksperimentai tokie kaip šis teikia mums svarbią informaciją apie stipriąją sąveiką.”

Keturi kvarkai ar trikampis?

2015 m. COMPASS išanalizavo rekordinius 50 milijonų susidūrimų ir aptiko kai ką intriguojančio  - mažiau nei 1% kartų atsirado naujos dalelės. Jie dubliavo dalelę „a1(1420)” ir iš pradžių manė, kad tai buvo nauja keturių kvarkų grupė - tetrakvarkas. Pastarasis buvo nestabilus ir sunyko.

Įprastai kvarkai būna grupėje po tris (kurie sudaro protonus ir neutronus) arba poroje (kaip pionai), taigi tai buvo didelis reikalas. Keturių kvarkų grupė buvo iš tikrųjų retai randama.

Bet naujoji analizė, publikuota rugpjūtį žurnale „Physical Review Letters”, siūlo netgi keistesnę interpretaciją: vietoje trumpai sukurto tetrakvarko, visi šie pionų susidūrimai sukūrė kai ką netikėto - minėtąjį trikampį singuliarumą.

Čia ateina trikampiai

Štai ką mano tyrėjai: pionas atsimuša į vandenilio atomą ir skyla, išlaisvindamas visą sukauptą energiją ir sukurdamas naujas daleles. Kai kurios iš šių dalelių yra kaonai, kurie yra dar viena kvarkų-antikvarkų rūšis. Labai retai, kai sukuriami du kaonai, jie pradeda skristi atskirais keliais. Galų gale šie kaonai skyla į kitas, stabilesnes daleles. Bet prieš tai, kai jie tai padaro, jie vienas su kitu apsikeičia vienu kvarku, procese save transformuodami.

Tai yra trumpas apsikeitimas kvarkais tarp dviejų kaonų, kuris mėgdžioja tetrakvarko signalą.

„Dalelės dalyvauja apsikeičiant kvarkais ir procese pakeičia savo ypatybes„ sako Ketzer’is, kuris taip pat yra tarpdisciplininių tyrimų srities „Building Blocks of Matter and Fundamental Interactions” (TRA Matter) narys. „Dėl to signalas atrodo kaip tetrakvarko.”

Jeigu schematiškai pavaizduotumėte individualių dalelių kelius po pirminio susidūrimo, pora kaonų suformuotų savotiškas dvi kojas, o dalelės kuriomis jie apsikeistų tarp jų suformuotų trečiąją, todėl diagramoje pasirodytų trikampis. Nuo to ir kilo pavadinimas.

Kol fizikai daugiau nei pusę amžiaus prognozavo trikampio ypatumus, tai yra arčiausiai prie jo stebėjimo priartėjęs eksperimentas. Naujas proceso modelis įtraukiantis trikampio ypatumus turi mažiau parametrų nei tetrakvarko modelis ir labiau atitinka duomenis. Tačiau tai nėra galutinė teorija, kol originalus tetrakvarkų modelis galės paaiškinti duomenis.

Šaltinis: Live Science

Autorius: Augustas Brazinskas