Австрийские ядерные физики заявляют, что в одной из реакций им удалось пронаблюдать гипотетическую частицу «глюоний» (glueball). Теоретики предсказали её существование в рамках Стандартной модели. Глюоний состоит из одних глюонов и не содержит кварков.
Кварки и глюоны – гипотетические частицы, из которых состоят адроны. Считается, что их невозможно пронаблюдать по отдельности, они всегда комбинируются в какую-либо элементарную частицу. О присутствии общих одинаковых «кирпичиков» в строении адронов физики задумались примерно в 1950-х годах, когда поняли, что достаточно большое количество полученных ими при столкновениях элементарных частиц проявляют общие свойства. Физики решили считать, что любой адрон состоит из трёх кварков.
Однако эти кварки ведут себя довольно странно. Например, кварки не получается разделить (при увеличении расстояния между ними увеличивается и связующая их сила) и скомбинировать в количестве, большем, чем три (за исключением агрегатного состояния вещества под названием «кварк-глюонная плазма », в которой, теоретически, кварки свободно перемещаются по всему сгустку вещества).
Кроме этого, если ядро более тяжёлого химического элемента просто состоит из большего числа протонов и нейтронов, то более тяжёлые адроны гипотетически состоят всё из тех же кварков, которые просто скомбинированы другим образом. Изменяя взаимное расположение кварков, мы получаем другую частицу.
Впоследствии было решено, что за массу адронов отвечают вовсе не кварки (принято считать, что их масса составляет порядка двух процентов от массы протона), а «силовое поле», связывающее их вместе – глюоны. Именно они переносят сильное взаимодействие. Изменяя расположение кварков, например, отодвигая их друг от друга, мы увеличиваем глюонное «облако», и оно становится более массивным.
В дальнейших экспериментах было установлено, что глюоны – вовсе не пассивные переносчики взаимодействия между кварками, но также являются и самостоятельными «партонами» – кирпичиками, составляющими адроны. При изучении быстро летящего протона стало понятно, что примерно половину его энергии несут кварки, а другую половину – глюоны.
Австрийцы из Венского технологического института уверены, что мезон f0(1710) как раз и есть тот самый гипотетический глюоний. Хотя сами по себе глюоны не имеют массы, их взаимодействие друг с другом порождает массу. В результате, глюоний можно наблюдать, хотя и непрямым методом – через наблюдение распада частицы.
Расчёты профессора ВТИ Антона Ребана [Anton Rebhan] и его студента Фредерика Брюннера [Frederic Brünner] по поводу распада глюона подозрительно хорошо совпали с экспериментом, в котором участвовала частица f0(1710). Осталось получить подтверждение этого эксперимента.
«К сожалению, картину распада глюония невозможно рассчитать точно»,– сетует Антон Ребан.
Упрощённые подсчёты говорили о том, что в кандидаты таинственной частицы подходят два мезона — f0(1500) и f0(1710). Первый всегда казался более подходящим кандидатом, а второй, хотя и подходил лучше к компьютерным расчётам, при распаде давал много тяжёлых («странных») кварков, что с точки зрения физиков не выглядело правдоподобным.
Австрийские учёные использовали в своих расчётах иной, нестандартный подход.
«Наши подсчёты показали, что глюоний действительно может распадаться на странные кварки»,– пишет Антон Ребан.
Расчётный распад на две лёгкие частицы хорошо совпал с наблюдениями распада f0(1710). Кроме того, оказалось, что возможен распад и на большее число частиц, чем две.
Через несколько месяцев эксперименты на Большом адронном коллайдере и китайском ускорителе BESIII (Пекинском электрон-позитронном коллайдере) должны дать новые данные для анализов. Они смогут подтвердить или опровергнуть результаты, полученные австрийцами.
