Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Адам жасаған субатомдық бөлшек
Human made subatomic particle
Пентакварк – адам жасаған субатомдық бөлшек, төрт кварк пен бір антикварктан тұрады; олар табиғатта кездеспейді және оларды жасау үшін арнайы жүргізілген эксперименттерден тыс жерде табылмаған. Кварктардың барьондық саны 1, ал антикварктардың барьондық саны -1 болғандықтан, пентакварқтың жалғы барьондық саны 1 болады, демек ол барьон болып табылады. Бұдан әрі, оның құрамында әдеттегі үш кварктан (трикварктар) тұратын бариондардың орнына бес кварк болғандықтан, ол экзотикалық барион ретінде жіктеледі. Пентакварк атауын 1987 жылы Клод Гинну және Гарри Дж. Липкин енгізді; алайда, бес кварк бөлшектерінің мүмкіндігі 1964 жылы Мюррей Гелл-Манн кварктардың бар екенін алғаш рет болжаған кезде айқындалған. Он жылдар бойы болжам жасалғанмен, пентакварктерді табу күтпегендей қиын болды және кейбір физиктер олардың пайда болуына белгісіз табиғат заңы кедергі келтіреді деп күдіктенді. Пентакварктерді алғаш рет 2003 жылы Жапониядағы LEPS-те анықтады, ал 2000-шы жылдардың ортасында бірнеше эксперименттерде басқа пентакварк күйлерінің табылуы туралы хабарланды. Алайда, басқа зерттеушілер LEPS нәтижелерін қайталай алмады, ал басқа пентакварктардың табылуы нашар деректер мен статистикалық талдауларға байланысты қабылданбады. 2015 жылдың 13 шілдесінде ЦЕРН-дегі LHCb ынтымақтастығы төменгі лямбда бариондарының ыдырауында пентакварк күйлеріне сәйкес келетін нәтижелерді жариялады. 2019 жылдың 26 наурызында LHCb ынтымақтастығы бұрын байқалмаған жаңа пентакварк ашылғанын хабарлады. 2022 жылдың 5 шілдесінде LHCb ынтымақтастығы пентакварк табылды деп мәлімдеді. Бөлшектерді зерттеу зертханаларынан тыс, пентакварктер нейтрон жұлдыздарының пайда болу процесінде табиғи түрде пайда болуы мүмкін.
A pentaquark is a human made subatomic particle, consisting of four quarks and one antiquark bound together; they are not known to occur naturally, or exist outside of experiments specifically carried out to create them. As quarks have a baryon number of , and antiquarks of , the pentaquark would have a total baryon number of 1, and thus would be a baryon. Further, because it has five quarks instead of the usual three found in regular baryons ( "triquarks"), it is classified as an exotic baryon. The name pentaquark was coined by Claude Gignoux et al. (1987) and Harry J. Lipkin in 1987; however, the possibility of five quark particles was identified as early as 1964 when Murray Gell Mann first postulated the existence of quarks. Although predicted for decades, pentaquarks proved surprisingly difficult to discover and some physicists were beginning to suspect that an unknown law of nature prevented their production. The first claim of pentaquark discovery was recorded at LEPS in Japan in 2003, and several experiments in the mid 2000s also reported discoveries of other pentaquark states. However, other researchers were not able to replicate the LEPS results, and the other pentaquark discoveries were not accepted because of poor data and statistical analysis. On 13 July 2015, the LHCb collaboration at CERN reported results consistent with pentaquark states in the decay of bottom Lambda baryons On 26 March 2019, the LHCb collaboration announced the discovery of a new pentaquark that had not been previously observed. On 5 July 2022, the LHCb collaboration announced the discovery of the pentaquark. Outside of particle research laboratories, pentaquarks might be produced naturally in the processes that result in the formation of neutron stars.
Өмірбаян
Кварк – массасы, электр заряды және түс заряды бар элементар бөлшектердің бір түрі, сондай-ақ оның қандай кварк екенін сипаттайтын «дәм» деп аталатын қосымша қасиеті бар (жоғары, төмен, ерекше, сүйкімді, жоғарғы немесе төменгі). «Түс шектеуі» деп аталатын эффектінің салдарынан кварктар жеке-дара көрінбейді. Олардың орнына, олар «адрон» деп аталатын құрама бөлшектерді құрайды, осылайша олардың түс зарядтары өшіріледі. Бір кварк пен бір антикварктан тұратын адрон «мезон» деп, ал үш кварктан тұратын адрон «барион» деп аталады. Бұл «қалыпты» адрон жақсы зерттелген және сипатталған; алайда, кварктардың «экзотикалық» адрон – мысалы, екі кварк пен екі антикварктан тұратын тетракварк немесе төрт кварк пен бір антикварктан тұратын пентакварк құруына теориялық тұрғыдан ешқандай кедергі жоқ. Пентакварктардың байланыс механизмі әлі анықталған жоқ. Олар тығыз байланысқан бес кварктан тұруы мүмкін, бірақ олар аз байланысқан және үш кварктан тұратын барион мен екі кварктан тұратын мезон пион алмасу арқылы (атом ядроларын байланыстыратын күш) бір-бірімен салыстырмалы түрде әлсіз әрекеттесетін «мезон-барион молекуласынан» тұруы да мүмкін.
A quark is a type of elementary particle that has mass, electric charge, and colour charge, as well as an additional property called flavour, which describes what type of quark it is (up, down, strange, charm, top, or bottom). Due to an effect known as colour confinement, quarks are never seen on their own. Instead, they form composite particles known as hadrons so that their colour charges cancel out. Hadrons made of one quark and one antiquark are known as mesons, while those made of three quarks are known as baryons. These 'regular' hadrons are well documented and characterized; however, there is nothing in theory to prevent quarks from forming 'exotic' hadrons such as tetraquarks with two quarks and two antiquarks, or pentaquarks with four quarks and one antiquark. The binding mechanism for pentaquarks is not yet clear. They may consist of five quarks tightly bound together, but it is also possible that they are more loosely bound and consist of a three quark baryon and a two quark meson interacting relatively weakly with each other via pion exchange (the same force that binds atomic nuclei) in a "meson baryon molecule".
2000-шы жылдардың ортасы
Антикваркті қосу талабы көптеген пентакварк кластарын тәжірибелік тұрғыдан анықтауды қиын етеді. Егер антикварктің иісі бескварктағы кез келген басқа кварктің иісімен сәйкес келсе, ол өшіп кетеді және бөлшек үш кварктан тұратын адрондық туысына ұқсайды. Осы себепті, алғашқы пентакварк іздеулері антикварктің өшпеген бөлшектерін іздеді. Бұл 1997 жылы 1530 массасымен болжанған пентакварк күйімен сәйкес келді. Ұсынылған күй екі жоғары кварктан, екі төмен кварктан және бір ерекше антикварктан (uudd) тұрды. Осы жарияланғаннан кейін, тоғыз тәуелсіз эксперимент 1522 мен 1555 аралығындағы массалары 4σ-дан жоғары болатын тар шыңдарды байқағанын хабарлады. Дегенмен, бұл "жаңалық" кейіннен кемшікті әдістемеге байланысты болғаны анықталды (https://www.osti.gov/biblio/21513283 сын тұрғысынан қарағанда theta sup пентакварк).
The requirement to include an antiquark means that many classes of pentaquark are hard to identify experimentally – if the flavour of the antiquark matches the flavour of any other quark in the quintuplet, it will cancel out and the particle will resemble its three quark hadron cousin. For this reason, early pentaquark searches looked for particles where the antiquark did not cancel. This coincided with a pentaquark state with a mass of 1530 predicted in 1997. The proposed state was composed of two up quarks, two down quarks, and one strange antiquark (uudd). Following this announcement, nine other independent experiments reported seeing narrow peaks from and , with masses between 1522 and 1555, all above 4 σ. However this 'discovery' was later revealed to be due to flawed methodology (https://www. osti. gov/biblio/21513283 critical view claimed theta sup pentaquark).
2015 жылғы LHCb нәтижелері
2015 жылдың шілдесінде CERN-дегі LHCb ынтымақтастығы төменгі ламбда барионының J/ψ мезонына (J/ψ), каонға және протонға (p) ыдырауын көрсететін арнада пентакварктерді анықтады. Нәтижелер кейде аралық ламбда күйлері арқылы ыдыраудың орнына, аралық пентакварк күйлері арқылы ыдырауды көрсетті. Аталған екі күйдің жеке статистикалық маңыздылығы 9 σ және 12 σ болды, ал біріктірілген маңыздылығы 15 σ құрады – бұл ресми жариялау үшін жеткілікті. Талдау көрсеткендей, бұл эффекттің себебі конвенциялық бөлшектер емес. Пентакварктарды іздеу LHCb экспериментінің мақсаты емес еді (эксперимент негізінен материя-антиматерия асимметриясын зерттеуге бағытталған) және пентакварктардың табылуы эксперименттің физика координаторы тарапынан «кездейсоқ оқиға» және «біз соқтығысқан нәрсе» деп сипатталды. Сонымен қатар, JLab-тегі Hall C E2 16 007 эксперименттерінде де зерттеулер жүргізілді. Бұл зерттеулердегі басты қиындық – пентакварктің JLab кинематикасында фотон-протон спектрінің шегінде пайда болатын үлкен массасы. Сондықтан, пентакварктің қазіргі кезде белгісіз тармақталу коэффициенттері JLab кинематикасында пентакваркті анықтау үшін жеткілікті үлкен болуы керек. Бұл мәселеге жоғары энергиялы электрон-иондық коллайдері жақсырақ жарайды. 2016 жылы Шмидт және Сиддиков ұсынған, протон-ядролық соқтығысуларда пентакварктарды зерттеуге болатын қызықты арна бар. Бұл процесте электрослақ аралық бөлшектердің болмауына байланысты үлкен қима бар және пентакварк толқындық функциясына қол жеткізуге мүмкіндік береді. Тұрақты мақсатты эксперименттерде пентакварктар зертханалық жүйеде шағын жылдамдықпен өндіріледі және оңай анықталады. Сонымен қатар, егер дәмдік симметрияға негізделген бірнеше модельдерде ұсынылғандай, бейтарап пентакварктар болса, олар да осы механизм арқылы өндірілуі мүмкін. Бұл процесті болашақта After@LHC және NICA сияқты жоғары люминесценциялы эксперименттерде зерттеуге болады.
In July 2015, the LHCb collaboration at CERN identified pentaquarks in the channel, which represents the decay of the bottom lambda baryon into a J/ψ meson (J/ψ), a kaon and a proton (p). The results showed that sometimes, instead of decaying via intermediate lambda states, the decayed via intermediate pentaquark states. The two states, named and , had individual statistical significances of 9 σ and 12 σ, respectively, and a combined significance of 15 σ – enough to claim a formal discovery. The analysis ruled out the possibility that the effect was caused by conventional particles. The search for pentaquarks was not an objective of the LHCb experiment (which is primarily designed to investigate matter antimatter asymmetry) and the apparent discovery of pentaquarks was described as an "accident" and "something we've stumbled across" by the Physics Coordinator for the experiment. and Hall C E2 16 007 experiments at JLab. The major challenge in these studies is a heavy mass of the pentaquark, which will be produced at the tail of photon proton spectrum in JLab kinematics. For this reason, the currently unknown branching fractions of pentaquark should be sufficiently large to allow pentaquark detection in JLab kinematics. The proposed Electron Ion Collider which has higher energies is much better suited for this problem. An interesting channel to study pentaquarks in proton nuclear collisions was suggested by Schmidt & Siddikov (2016). This process has a large cross section due to lack of electroweak intermediaries and gives access to pentaquark wave function. In the fixed target experiments pentaquarks will be produced with small rapidities in laboratory frame and will be easily detected. Besides, if there are neutral pentaquarks, as suggested in several models based on flavour symmetry, these might be also produced in this mechanism. This process might be studied at future high luminosity experiments like After@LHC and NICA.
2019 жылғы LHCb нәтижелері
2019 жылдың 26 наурызында LHCb ынтымақтастығы 5 сигма деңгейінен асып түскен байқаулар негізінде жаңа пентакварк ашқанын хабарлады. Бұл 2015 жылғы деректер жинағынан әлдеқайда үлкен деректер жинағын қолдану арқылы жасалды, маңыздылығы 15 сигманы құрады. PψsΛ(4338)⁰ деп белгіленген оның құрамы udsc деп сипатталады, бұл ерекше кварктан тұратын алғашқы расталған пентакварк.
On 26 March 2019, the LHCb collaboration announced the discovery of a new pentaquark, based on observations that passed the 5 sigma threshold, using a dataset that was many times larger than the 2015 dataset. with a significance of 15 sigma. Designated PψsΛ(4338)0, its composition is described as udsc, representing the first confirmed pentaquark containing a strange quark.
Қолданбалар
Пентакварктардың табылуы физиктерге күшті өзара әрекеттесуді толығырақ зерттеуге және кванттық хромодинамиканы түсінуге мүмкіндік береді. Бұған қоса, қазіргі теориялар бойынша, кейбір аса ірі жұлдыздар құлағанда пентакварктар пайда болады. Пентакварктарды зерттеу нейтронды жұлдыздар физикасының мәнін ашуға көмектеседі.
The discovery of pentaquarks will allow physicists to study the strong force in greater detail and aid understanding of quantum chromodynamics. In addition, current theories suggest that some very large stars produce pentaquarks as they collapse. The study of pentaquarks might help shed light on the physics of neutron stars.