Nezměrný Velký hadronový srážeč (LHC) v CERNu, chlouba evropské a samozřejmě i světové vědy, zůstane už asi navždy spojen s velkolepým pátráním po Higgsově bosonu. Jenže exotické částice nejsou jenom Higgsovy bosony. Jde o celý fantaskní svět, který jsme ještě určitě celý neobjevili. A vše nasvědčuje tomu, že Velký hadronový srážeč v tom i nadále bude hrát stěžejní roli. Právě dnes (14. července 2015) totiž vědci experimentu LHCb (nenápadné b znamená beauty, tedy „krása“, což jedna ze šesti příchutí kvarků) ohlásili velkolepý objev celé nové třídy částic – pentakvarků.
Jak si čtenáři OSLA jistě pamatují, v roce 2013 jsme jásali nad objevem tetrakvarků. Jistě si tedy dovedete představit, jakou radost máme z částice, která má ještě o jeden kvark navíc! Podle mluvčího experimentu LHCb navíc nejde jenom o objev nové částice. Pentakvark, to je podle něj nový způsob, jak se mohou uspořádat kvarky. Něco takového jsme prý zatím ještě neviděli za více než padesát let experimentů. A to přece stojí za oslavu.
Když americký fyzik Murray Gell-Mann přišel v roce 1964 s konceptem kvarků, k jejichž pojmenování ho inspiroval svým naprosto snovým románem Plačky nad Finneganem irský autor James Joyce, tak už tehdy jeho modely zahrnovaly stavy, v nichž by se spojilo celkem pět kvarků. Až doposud ale nikdo žádný přesvědčivý pentakvark na urychlovačích částic neobjevil.
Vědci experimentu LHCb hledali pentakvarkové stavy v rozpadech baryonu lambda b (což je hyperon) na celkem tři částice: J/psí (nebo též částice psí, což je mezon), proton a elektricky nabitý kaon (což je zase jiný typ mezonu). Když pečlivě analyzovali chování částic J/psí a protonů, tak objevili dva přechodné stavy, které pojmenovali Pc(4450)+ a Pc(4380)+. Podle člena týmu LHCb, fyzika Tomasze Skwarnicki ze Syracuse University, vědci využili ohromná data nasbíraná na Velkém hadronovém srážeči a také excelentní přesnost jejich LHCb detektoru a prověřili všechny reálné možnosti vysvětlení. Nakonec dospěli k názoru, že dotyčné pozorované stavy lze smysluplně vysvětlit jedině jako pentakvarky. Přesněji řečeno, tyto stavy zahrnují dva horní kvarky, jeden dolní kvark, jeden půvabný kvark a jeden půvabný antikvark.
Dřívější pokusy najít pentakvarky byly nepřesvědčivé. Experiment LHCb se od nich liší v tom, že v něm lze po pentakvarcích pátrat z vícero různých pohledů, z nichž lze dospět ke stejnému závěru. Dřív vědci hledali nezřetelné siluety v šeru, s LHCb ale pátrali po pentakvarcích, jako by byly na jevišti osvíceném ze všech stran. Potvrzení pentakvarků bude mít docela dalekosáhlé důsledky. Umožní zkoumat silnou atomovou sílu ve větším detailu, pomůže vysvětlit životní cykly hvězd i povahu neutronových hvězd.
Jak vlastně pentakvarky vypadají ještě není úplně jasné. Podle fyzika týmu LHCb Liminga Zhanga z Univerzity Tsinghua mohou být kvarky v pentakvarku vázané dost těsně anebo mohou být v podobě jen docela volně spojeného útvaru z mezonu a baryonu. To se ukáže až časem. I vědci experimentu LHCb se teď těší na nová data z opětovně spuštěného Velkého hadronového srážeče, která jim jistě umožní pokročit ve výzkumu pentakvarků.
LHCb - The Beauty Experiment
Literatura
CERN 14. 7. 2015, arXiv:1507.03414, wikipedia (Pentaquark).
Jak se vyznat v přehršli různých částic
Autor: Vladimír Wagner (31.08.2014)
Najdeme brzy gluebally?
Autor: Stanislav Mihulka (09.12.2014)
Tvoří temnou hmotu temná makra s podivnými kvarky?
Autor: Stanislav Mihulka (14.12.2014)
Pozorování extrémně vzácného jevu nadějí pro Teorii všeho
Autor: Stanislav Mihulka (19.05.2015)
První srážky s energií 13 TeV na urychlovači LHC
Autor: Vladimír Wagner (23.05.2015)
Diskuze:
smysluplné vysvětlení
Milan K,2015-07-15 11:42:21
nemůže být potvrzením. I když s trochou představivosti ....
Rád bych osvětlení, jak to umožní zkoumat silnou atomovou sílu ve větším detailu, atp..
Je to stále jen teorie, anebo (a pak bych to chápal) nejde o smysluplné vysvětlení, ale o fakt, že "prostě" existují?
Re: smysluplné vysvětlení
Martin Kovář,2015-07-15 12:47:28
Ať se Vám to líbí, nebo ne, je to stále nejlepší vysvětlení, které máme.
Jednou z věcí, které nám mohou pomoci, je hmotnost těch pentakvarků. Další vlastností je rychlost rozpadu. Tyto i jiné vlastnosti nám pak umožňují zpřesňovat hodnoty ve Standardním modelu.V důsledku nám to pak může pomoci najít situace, kde se experiment odlišuje od Standardního modelu a naznačit tak, kterým směrem by se měl ubírat teoretický, ale i experimentální výzkum.
Re: Re: smysluplné vysvětlení
Milan K,2015-07-16 07:08:04
Nejde o to, co se mi líbí, nebo ne. Ani nejlepší vysvětlení není potvrzením.
Děkuji za upřesnění věcí, které nám mohou pomoci.
Jak určíte hmotnost a rychlost rozpadu? Já myslím že jen teoreticky, ale nevím.
Re: Re: Re: smysluplné vysvětlení
Martin Kovář,2015-07-16 13:06:16
Tak hmotnost se zjistí jednoduše - odpovídá poloze odpovídajícího píku ve spektru.
U toho času, či spíše poločasu rozpadu je to trochu složitější. Popravdě, nejsem částicový fyzik, tak do tohoto nějak extra nevidím. Ale mám dojem, že na výpočet má vliv výška daného píku, ale i hmontost dané částice.
Pokud bych se mýlil, byl bych rád, kdyby mě někdo fundovanější opravil.
Re: Re: Re: Re: smysluplné vysvětlení
Vladimír Wagner,2015-07-16 18:22:36
Pokud máme částici, která je stabilní nebo žije dostatečně dlouho, tak ji detektory zachytíme a změříme její hybnost a energii a z toho určíme lehce klidovou energii (hmotnost částice). Její dobu života pak určíme třeba tak, že se podíváme do jakých vzdáleností doletí s danou energií, než se rozpadne.
Pokud je to částice, která žije jen velmi krátce (případ pentakvarku) a hned se rozpadá, tak se zachytí sekundární částice, na které se rozpadá. Pokud se urči jejich energie a hybnosti, tak nám speciální teorie relativity umožňuje spočítat z nich hmotnost původní částice. To jsou ty píky ve spektru invariantních hmotností (hmotností vypočtených ze sekundárních částic). Tyto píky mají jistou šířku. Ta je dána pochopitelně nepřesností měření energií a hybností. Ale nepřesnost hmotnosti (rozmazání její hodnoty) souvisí také s dobou života částic, je to důsledkem Heisenbergova principu neurčitosti. Součin nepřesnosti určení hmotnosti a doby života je roven jisté konstantě (souvisí s Planckovou konstantou). Tedy, pokud je doba života částice malá, je velká nejistota v určení hmotnosti (je velká šířka píku ve spektru invariantní hmotnosti). Takže poloha píku ukazuje hmotnost částice a šířka píku její dobu života.
Výsledky výpočtů založených na kvarkovém modelu a teorii silných interakcí pak můžeme srovnávat s hodnotami získanými v experimentu (tedy třeba z LHCb). A lze tak testovat právě výpočty prováděné pomocí teorie silné interakce a jejich přesnost.
Re: Re: Re: Re: smysluplné vysvětlení
Vladimír Wagner,2015-07-16 21:54:59
Ještě doplním, že důležitým zdrojem informací, který umožňuje identifikaci dané částice jsou možné způsoby rozpadu (na jaké částice se rozpadá) a poměr pravděpodobností, se kterou daný rozpad na stává. I to by mělo přesně identifikovat pentakvark a zjistit, jak přesně vypadá jeho struktura.
Vsadil jsem sice na tetraedr s centrem, ale budoucnost je v pěticípé hvězdě
Josef Hrncirik,2015-07-15 06:55:12
Re: Vsadil jsem sice na tetraedr s centrem, ale budoucnost je v pěticípé hvězdě
Martin Kovář,2015-07-15 12:31:54
Bohužel, Vaše představa uspořádání kvarků v pentakvarcích a nebo i jiných složených částic (proton, neutron, ...) je značně nedokonalá. V důsledku povahy kvantové mechaniky je poloha částic neurčitá a nejinak tomu bude i v pentakvarku.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
