Είναι τα τετρακουάρκς πραγματικά σωματίδια ;

Τα τετρακουάρκς είναι υποθετικά σωματίδια, αποτελούμενα από τέσσερα κουάρκς (δύο κουάρκς και δύο αντικουάρκς). Αντίθετα με ό,τι συμβαίνει στα μεσόνια (ζεύγη κουάρκ-αντικουάρκ) και στα βαρυόνια (συστήματα τριών κουάρκ ή τριών αντικουάρκ), τα κουάρκς σε ένα τετρακουάρκ είναι κάπως πιο χαλαρά συνδεδεμένα εντός του όγκου που περιορίζονται (confinement volume) μέσω της ισχυρής αλληλεπίδρασης, κάτι το οποίο μπορεί να υπολογιστεί στο πλαίσιο της κβαντικής χρωμοδυναμικής. Η τάση τους να διαχωρίζονται σε δύο συστήματα κουάρκ-αντικουάρκ θα πρέπει να έχει ως αποτέλεσμα πολύ μικρούς χρόνους ζωής, κάτι το οποίο κάνει την παρατήρηση τους αρκετά δύσκολη. Παρόλα αυτά, υπάρχουν κάποια συγκεχυμένα στοιχεία για την ύπαρξη τους.

Πριν από μερικούς μήνες o Marek Karliner, διευθυντής του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής του Τελ Αβίβ, μας έκανε την χάρη να μιλήσει για αυτά τα συναρπαστικά σωματίδια σε αυτό το guest post (εδώ και η μετάφραση). Τώρα ένα νέο paper από τον Karliner έχει εμφανιστεί στο arXiv, και είναι μάλιστα από αυτά που διαβάζονται εύκολα, χωρίς περίπλοκους τύπους και ακατανόητη ορολογία: εάν ενδιαφέρεστε για αυτά τα θέματα, σας συστήνω ανεπιφύλακτα να του ρίξετε μια ματιά.

Στο νέο του paper, ο Karliner εξηγεί τα βασικά των καταστάσεων του τετρακουάρκ. Από αυτές, οι πιο προσιτές πειραματικά είναι εκείνες που περιέχουν δύο βαριά κουάρκς σε δέσμια κατάσταση με δύο ελαφριά: και πράγματι, έχουν εμφανιστεί στο κοντινό παρελθόν πειραματικές ενδείξεις για τα υποψήφια charm-anticharm τετρακουάρκ, και πιο πρόσφατα για bottom-antibottom.

Το ερώτημα είναι κατά πόσο αυτοί οι νέοι συντονισμοί είναι μόρια δύο χαλαρά συνδεδεμένων D μεσονίων ή δύο Β μεσονίων ( καταστάσεις που συγκροτούνται από ένα βαρύ κουάρκ και ένα ελαφρύ αντικουάρκ ή το ανάποδο) ή αληθινά πακέτα (envelopes) εντός των οποίων βρίσκονται προσωρινά και τα τέσσερα κουάρκς. Στην πρώτη περίπτωση αυτό που συμβαίνει είναι τα δύο μεσόνια να κουνιούνται το ένα γύρω από το άλλο ανταλλάσσοντας πιόνια χαμηλής ενέργειας: υπολογισμοί QCD δείχνουν πως αυτή η ανταλλαγή πιονίων μπορεί να δώσει μια ασθενή ελκτική δύναμη, εφόσον το σύστημα έχει κατάλληλους κβαντικούς αριθμούς. Στη δεύτερη περίπτωση, αντίθετα, θα πρέπει πράγματι να θεωρήσουμε πως έχουμε συνύπαρξη των τεσσάρων κουάρκ εντός του όγκου όπου περιορίζονται, και αυτό είναι αρκετά ενδιαφέρον γιατί αποτελεί ουσιαστικά εκδήλωση «εξωτικής» φυσικής: έως τώρα τα αδρόνια- σωματίδια που τα συστατικά τους είναι δέσμια μέσω της ισχυρής αλληλεπίδρασης- περιλαμβάνουν μόνο τα προαναφερθέντα μεσόνια και συστήματα βαρυονίων.

Tetraquark

Εικόνα από nature.com

Το ότι υπάρχουν, όμως, εξωτικά αδρόνια, είναι ήδη γεγονός. Και αυτό διότι ακόμη και ένα μόριο μεσονίων θεωρείται εξωτική κατάσταση. Εγώ παρόλα αυτά προτιμώ να κρατάω αυτόν τον όρο για τα συστήματα τετρακουάρκ ή για άλλες πραγματικές ¨σακούλες» (bags) με κουάρκ πέρα από τις κλασικές μεσονίων και βαρυονίων. Μία κατάσταση με τα απαιτούμενα εξωτικά χαρακτηριστικά, το Zb, έχει παρατηρηθεί από το Belle πριν από δύο χρόνια κατά τη διάσπαση της Y(5S) bottomonium κατάστασης σε ένα φορτισμένο πιόνιο και ένα bottomonium χαμηλότερης μάζας.

Tο πιο ενδιαφέρον κομμάτι του άρθρου του Karliner, για μένα, είναι η πρόταση πως θα πρέπει να υπάρχουν και καταστάσεις με έξι κουάρκς, είτε σαν μοριακοί δεσμοί (molecular bindings) δύο βαρυονίων, είτε σαν πραγματικά bags. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των βαρέων βαρυονίων ίσως κάνουν την ενέργεια σύνδεσης τέτοιων συστημάτων αρκετά ισχυρή ώστε να υπάρχει δυνατότητα πειραματικής ανίχνευσής τους (ένας μεγάλος χρόνος ζωής κάνει το φυσικό πλάτος του συντονισμού αρκετά μικρό ώστε να μην κρύβεται από το μεγάλο συνεχές υπόβαθρο). Ο Karliner επισημαίνει ως ένα σημαντικό ενδεχόμενο την δέσμια κατάσταση δύο βαρυονίων Σb. Μία τέτοια κατάσταση θα διεσπάτο συχνά σε ένα ζεύγος βαρυονίων Λb και δύο πιόνια, μία φαντασμαγορική υπογραφή που θα μπορούσε να είναι ανιχνεύσιμη παρά την σπανιότητα της κατάστασης. Είναι πιθανόν πως το LHCb ή το CMS είναι αρκετά ευαίσθητα ώστε να την παρατηρήσουν στο άμεσο μέλλον.

Αρχικό Άρθρο:
http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/are_tetraquarks_real-128008
18/1/2014

About qdsgreek

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

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