Sciencemag.cz
Doporučujeme
Nad daty z urychlovačů částic se údajně podařilo objevit obecné schéma, podle něhož se částice mohou přeměňovat jedna na druhou, a to výměnou kvarků. Právě to označují autoři nové studie jako trojúhelníková singularita. Tento mechanismus má také poskytovat nový pohled na záhadu, která částicovým fyzikům už dlouho vrtá hlavou: Protony, neutrony a některé další částice jsou mnohem těžší, než vyplývá ze známých modelů, zejména Higgsova mechanismu. Je to možná způsobeno zvláštnostmi silné interakce, která drží pohromadě kvarky. Trojúhelníková singularita by mohla pomoci tyto vlastnosti lépe pochopit.
Vědci ve své studii analyzovali data z experimentu COMPASS v ženevském CERNu. V jednom z těchto experimentů jsou piony urychlovány na extrémně vysoké rychlosti a vystřelovány na atomy vodíku. Piony se skládají ze dvou základních stavebních prvků, kvarku a antikvarku. Ty jsou drženy pohromadě silnou interakcí, jejichž velikost se vzdáleností částic od sebe roste a tím i množství energie odpovídající této interakci. Když piony reagují s jádrem vodíku, tato energie se uvolní najednou a přemění na hmotu v podobě nových částic.
V roce 2015 zaregistrovaly detektory COMPASS po takovém nárazovém testu neobvyklý signál. Zdálo se, že při srážce vznikla na několik zlomků sekundy nová exotická částice. Běžné částice se skládají buď ze 3 kvarků – např. protony a neutrony – nebo, jako piony, z jednoho kvarku a jednoho antikvarku. Zdálo se, že nová krátce žijící částice („meziprodukt reakce“) byla složena ze 4 kvarků.
Vědci po nové analýze dat nyní ukázali, že signál lze vysvětlit i jiným způsobem, a to zmíněnou trojúhelníkovou singularitou. Tento mechanismus postuloval již v 50. letech sovětský fyzik Lev Davidovič Landau, ale dosud nebyl přímo prokázán. Podle tohoto výkladu při srážce částic vůbec nevznikl tetrakvark, ale zcela normální meziprodukt kvark-antikvark. Ten se však hned vzápětí opět rozpadl, ale neobvyklým způsobem. Zúčastněné částice si vyměnily kvarky a změnily při tom svou identitu. Výsledný signál pak vypadá přesně jako signál tetrakvarku s jinou hmotností.
Výsledek má umožnit také nový pohled na povahu silné interakce. Higgsův mechanismus (Higgsův boson) uděluje částicím hmotnost, jenže proton má hmotnost asi 20krát vyšší, než je příspěvek Higgsova mechanismu. Mnohem větší část hmotnosti hadronů je způsobena silnou interakcí, tvrdí spoluautor nového výzkumu Bernhard Ketzer z University of Bonn. Nová data pomáhají lépe pochopit vlastnosti silné interakce a s tím i způsoby, jakými přispívá k hmotnosti částic.
Částice a1 vzniklá při srážce se rozpadá na dvě částice K* a K0. Ty spolu interagují a vytvářejí dvě částice pi a f0. Credit: Bernhard Ketzer/Uni Bonn
G. D. Alexeev et al, Triangle Singularity as the Origin of the a1(1420), Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.082501
Zdroj: University of Bonn / Phys.org
