6月 14, 2024

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粒子は完全に力でできています

粒子は完全に力でできています

粒子の衝突の図。 クレジット: 人工知能によって作成されました。

素粒子物理学の標準模型は、宇宙を構成する基本的な力と粒子についての理解を簡潔にまとめた基本理論です。 これは素粒子物理学の周期表の一種と考えてください。 このモデルは、6 種類のクォーク、6 種類のレプトン (電子など)、および電磁気の光子、強い力のグルーオン、弱い力の W ボソンと Z ボソンなどの力を運ぶ粒子を含む、既知のすべての素粒子を分類します。力。 。

陽子と中性子はクォークで構成される大きな粒子であるため、標準模型の一部ではありません。 すべてのより大きな粒子とすべての物質はクォークとレプトンだけで構成されています。

標準模型で予測された多くの粒子の中には、まだ確認されていないエキゾチック粒子がいくつかあります。 これには、強力な力を伝達する粒子である「グルー ボール」、または完全にグルーオンで作られた粒子の束が含まれます。 言い換えれば、グルーボールは完全に力で作られた粒子です。 スター・ウォーズファンの皆さん、お楽しみください!

ふざけた名前に騙されないでください。 グローバルズ 非常に興味深いもので、とらえどころのない性質にもかかわらず、多くの素粒子物理学者はそれが実際に存在すると確信しています。 最近、北京粒子衝突型加速器での数十年にわたる研究により、J/ψとして知られる特定のタイプの中間子から崩壊するX(2370)と呼ばれる新しい粒子であるグルーボールの存在の最初の証拠がついに発見された可能性がある。

パワーでできたボール

北京分光計検出器 (BESIII 協力による画像)
北京分光計検出器。 クレジット: BESIII コラボレーション。

グルーボールと他の分子の主な違いは、その構造とそれに伴う相互作用にあります。 陽子や中性子などの典型的なハドロンでは、グルーオンはクォーク間の強い力を仲介する「接着剤」として機能します。 対照的に、グルー ボールは純粋なグルーオン状態であり、本質的には互いに結合したグルーオンのクラスターです。 この自己相互作用は、電磁気学の光子のような他の力伝達体とは異なり、グルーオンが相互に作用する能力から生じる独特の特徴です。

グルーボールは他のクォークを含む粒子と混合し、崩壊してより身近な粒子になると予想され、実験観察では捉えにくいため、グルーボールの検出と研究は困難です。

2008 年に初めてオンライン化されて以来、北京の電子陽電子衝突型加速器にある粒子検出実験である北京分光計 III は、100 億 J/ψ の粒子形状イベントを記録しました。 これらは、存在する中で最も不安定な粒子の一部であり、最近特定された X(2370) 粒子を含む、他の何かに崩壊するまでの短い瞬間に存在します。

X(2370) は、グルー ボールから期待される特性と一致する興味深い特性を示します。 それは電荷も奇数価も示さず、最も軽い小球状態で予想される範囲内の質量を示します。 この結果は、このようなエキゾチックな粒子を高精度で予測できるほど十分に成熟したばかりの計算手法である量子色力学 (QCD) による予測とも著しく一致しています。

中国の研究者によると、結果の統計的有意性は 5 シグマを超えています。 これは、読み取り値がランダムな統計的異常である可能性は 0.00006% のみであることを意味します。

この新しい粒子がどのように形成されたかを示す図
J/ψ 中間子は崩壊して光子とグルーオンになる可能性があります。 これら 2 つのグルーオンは結合して一時的に X(2370) 粒子を形成します。 クレジット: Physical Review Letters。

さらなる勉強が必要です

これらの有望な結果にもかかわらず、注意すべき理由がまだあります。 X(2370) の生産速度と分岐率は、当初の期待と完全には一致しません。 物理学者で科学ジャーナリストのイーサン・シーゲルが記事で指摘したように、この粒子は接着剤の真の球ではなく、テトラクォークのような別のエキゾチックな状態を表している可能性がある。 大きな考え 状態。

「しかし、これまでに見たことのない数十万のタイプの複合粒子が存在するため、すべてに接着剤ボールが存在しない場合、打ち上げの完全な性質を決定するにはまだ作業が必要です。 「もしグルーボールが存在するなら、X(2370)は人類で初めて発見された天体になるかもしれない」とシーゲル氏は書いた。

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