Marek Karliner: Τα συναρπαστικά Doubly-Heavy βαρυόνια

Την προηγούμενη εβδομάδα συνάντησα τον Marek Karliner στο συνέδριο ICNFP 2013 στην Κρήτη, όπου και απολαύσαμε την ωραία φιλική ατμόσφαιρα,το σπουδαίο φαγητό, και την θαυμάσια, γαλήνια τοποθεσία. Ο καθηγητής κ.Marek Karliner είναι ο πρόεδρος του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής στο Tel Aviv του Israel. Από τη στιγμή που και αυτός συμμερίζεται την άποψη πως η πληροφόρηση του κοινού περί φυσικής είναι μια σημαντική υπηρεσία που οι ερευνητές θα πρέπει να προσφέρουν στην κοινωνία, μπόρεσα να τον πείσω να γράψει για το blog αυτό, το μικρό άρθρο που θα βρείτε παρακάτω, πάνω στο ενδιαφέρον θέμα των βαρυονίων που περιέχουν δύο βαρέα κουάρκς- TD

Βαρυόνια με δύο βαρέα κουάρκς: bbqccqbcq – Γιατί είναι ενδιαφέροντα και πως να τα αναζητήσει κανείς πειραματικά[1,2]

Από την άποψη της κβαντικής χρωμοδυναμικής (QCD) δεν υπάρχει τίποτα το εξωτικό σχετικά με τα βαρυόνια που περιέχουν δύο βαρέα κουάρκς (b ή c, που γενικά συμβολίζονται ως Q) και ένα ελαφρύ κουάρκ (u ή d, που συμβολίζονται με q). Τα βαρέα κουάρκς διασπώνται μόνο μέσω ασθενούς αλληλεπίδρασης, με χαρακτηριστικό χρόνο ζωής ο οποίος είναι τάξεις μεγέθους μεγαλύτερος από τους τυπικούς χρόνους της QCD, οπότε από την πλευρά των ισχυρών αλληλεπιδράσεων τα βαρυόνια τύπου QQq είναι ευσταθή, όπως ακριβώς τα πρωτόνια, τα νετρόνια ή τα υπερόνια. Έτσι, λοιπόν, αυτά τα διπλά-βαρέα κουάρκς (doubly-heavy baryons) θα πρέπει να υπάρχουν.

Έστω και έτσι, όμως, η παραγωγή και η ανακάλυψη τους είναι μία μεγάλη πειραματική πρόκληση. Για να συμβεί αυτό, πρέπει κανείς να παράξει δύο ζεύγη  τα οποία χρειάζεται να αναδιαταχθούν, σχηματίζοντας ζεύγη QQ και , αντί του ευνοϊκότερου σχηματισμού των δύο  color singlets. Έπειτα τα δικουάρκ (diquark) QQ πρέπει να μαζέψουν και ένα ελαφρύ κουάρκ q για να φτιάξουν το βαρυόνιο QQq.

Σε πρώτη ανάγνωση φαίνεται πως μια τέτοια διαδικασία μάλλον θα είναι πολύ σπάνια. Παρ’ όλα αυτά, υπάρχει μία πειραματική ένδειξη ότι αυτές συμβαίνουν σχετικά συχνά. Αυτή η ένδειξη βασίζεται στην άφθονη παραγωγή των διπλά-βαρέων μεσονίων Bc = ) από τα πειράματα των LHC και Tevatron, η οποία δείχνει πως η ταυτόχρονη παραγωγή ζευγών  και  που είναι κοντά στον χώρο και σε ταχύτητα, και μπορούν να ενωθούν ώστε να σχηματίσουν διπλά-βαρέα αδρόνια, δεν είναι και τόσο σπάνια. Αυτό είναι ένα ενθαρρυντικό σημάδι προκειμένου να παραχθούν και να παρατηρηθούν τα βαρυόνια bbqccq και bcs. Τα ATLAS και CMS, και ιδιαίτερα το LHCb, μάλλον έχουν τη μεγαλύτερη πιθανότητα να βρουν αυτές τις καταστάσεις.

Ανάμεσα στα διπλά-βαρέα βαρυόνια, τα διπλά-bottom βαρυόνια bbq έχουν έναν μοναδικό και φαντασμαγορικό τρόπο διάσπασης, με δύο μεσόνια J/ψ στην τελική κατάσταση και κατ’ ουσίαν χωρίς υπόβαθρο (background). Σε αυτόν τον τρόπο διάσπασης μεσολαβεί η διάσπαση και των δύο b κουάρκς μέσω της

και έτσι έχουμε:

,

με όλα τα αδρόνια της τελικής κατάστασης να προέρχονται από την ίδια κορυφή (vertex).

Αυτή η μοναδική υπογραφή, βέβαια, εμποδίζεται από τον πολύ μικρό της ρυθμό. Είναι ταυτόχρονα πρόκληση και ευκαιρία για το LHCb, όπως και για τα άλλα πειράματα στα οποία παράγεται μεγάλος αριθμός από βαρέα κουάρκς [2].

Η πειραματική ανακάλυψη των διπλά-βαρέων βαρυονίων θα είναι ένας εξαίσιος έλεγχος για πολλές θεωρητικές προσεγγίσεις που έχουν προταθεί για την αντιμετώπιση μη διαταρακτικών πτυχών του φάσματος της QCD (nonperturbative aspects of QCD spectrum), όπως το πλέγμα (lattice), τα quark-models,τα μεγάλα-Nc, κτλ.

Εκτός του ότι το θέμα είναι ενδιαφέρον από μόνο του, η πειραματική ανίχνευση των διπλά-βαρέων βαρυονίων QQq μπορεί να μας δώσει αυστηρούς περιορισμούς για την πιθανή ύπαρξη υποθετικών εξωτικών αδρονίων, όπως τα διπλά-βαρέα τετρακουάρκς. Και αυτό επειδή υπάρχει στενή σχέση μεταξύ αυτών των δύο τύπων αδρονίων. Και στις δύο περιπτώσεις υπάρχει μια ελαφριά χρωματική τριπλέτα (light color triplet) — ένα κουάρκ η ένα αντι-diquark — συνδεδεμένη με ένα βαρύ diquark.

Τα τελευταία χρόνια έγινε δυνατόν να προβλέψουμε επακριβώς στα επίπεδα των 2-3 MeV τις μάζες των βαρέων βαρυονίων που εμπεριέχουν το b-quark: Σb (bqq), Ξb(bsq) and Ωb(bss) [3,4,5]. Αυτές οι προβλέψεις χρησιμοποίησαν ως input τις μάζες των μεσονίων BBsD και Ds, μαζί με τις μάζες των αντίστοιχων c-βαρυονίων Σc(cqq), Ξc(csq) και Ωc(css).

Μια ανάλογη προσέγγιση για τις μάζες των , κατέληγε στη σχέση:

m( ) = m(Ξccu) + m(Λc) – m(D0) – 1/4 [m(D*)-m(D)]

Έτσι από τη στιγμή που οι μάζες των βαρυονίων ccq είναι γνωστές, μπορεί αυτομάτως κανείς να υπολογίσει τις μάζες των τετρακουάρκς ccud και να δει εάν είναι πάνω ή κάτω από κατώφλι των δύο μεσονίων D. Μία ακριβώς ανάλογη συλλογιστική μπορεί να ακολουθηθεί και στα bbq-tetraquark, για να δει κανείς εάν οι μάζες είναι πάνω ή κάτω από το κατώτερο όριο για τα μεσόνια BB. Αφού τα b quark είναι πολύ βαρύτερα σε σχέση με τα c,το bbud τετρακουάρκ υπάρχει εκ των προτέρων μεγάλη πιθανότητα να είναι κάτω από το κατώφλι του BB. Εφόσον είναι από κάτω, αυτό μπορεί να διασπαστεί μόνο ασθενώς, και θα είναι ευσταθές όσο αναφερόμαστε στις ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Η ανακάλυψη ενός τέτοιου σταθερού εξωτικού αδρονίου θα ήταν πράγματι ένα θεαματικό εύρημα.

Παραπομπές:

[1] M. Karliner and S. Nussinov, «The doubly heavies:  and  tetraquarks and QQqbaryons,»JHEP 1307, 153 (2013) [arXiv:1304.0345 [hep-ph]].

[2] M. Karliner, H. J. Lipkin and N. A. Tornqvist, «New hadrons with heavy quarks,» Acta Phys. Polon. Supp. 6, 181 (2013).

[3] M. Karliner and H. J. Lipkin, arXiv:hep-ph/0307243; condensed version in
Phys. Lett. B575 (2003) 249.

[4] M. Karliner, B. Keren-Zur, H. J. Lipkin and J. L. Rosner, «Predictions for masses of Ξb baryons,»arXiv:0706.2163 [hep-ph].

[5] M. Karliner, B. Keren-Zur, H. J. Lipkin and J. L. Rosner, «The Quark Model and b Baryons,» Annals Phys. 324, 2 (2009) [arXiv:0804.1575 [hep-ph]].

Αρχικό άρθρο:
http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/marek_karliner_fascinating_doubly_heavy_baryons-120208
11 Σεπτεμβρίου 2013

About qdsgreek

Greek version of "A Quantum Diaries Survivor" blog
This entry was posted in Θεωρία, LHC and tagged , . Bookmark the permalink.

2 απαντήσεις στο Marek Karliner: Τα συναρπαστικά Doubly-Heavy βαρυόνια

  1. Ο/Η Tommaso λέει:

    Καλή ιδέα να μεταφράσεις αυτό το άρθρο ! Ευχαριστώ πολύ. Θα βάλω ένα link στο Αγγλικό μπλόγκ και θα ενημερώσω τον Μάρεκ…
    Τ.

    Μου αρέσει!

  2. Παράθεμα: Είναι τα τετρακουάρκς πραγματικά σωματίδια ; | Ένας Επιζών των Quantum Diaries

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s