Адрони, зачаровані мезони і пошуки кварк-глюонної
плазми
Юдича Валерій Леонідович
Мої
наукові інтереси пов'язані з дослідженням властивостей адронів - елементарних частинок,
включають мезони та баріонів. Адрони, на відміну від лептонів (наприклад, електрона
або нейтрино), фотонів і векторних бозонів (переносників слабкої
взаємодії), не відносяться до істинно елементарних частинок, а складаються з
більш фундаментальних мікроскопічних об'єктів - кварків і глюонів. Їх
взаємодія один з одним і визначає властивості адронів: масу, часи
життя, імовірності різних процесів пружного і непружного розсіювання адронів
з лептонів, адронів з адронів і т. п. Мені вдалося описати деякі властивості
легких мезонів в розрідженому і в гарячому мезонів газі в рамках
феноменологічного підходу. В даний час я досліджую властивості легенів
мезонів вже в щільній баріонів матерії, де, як ми очікуємо, існують форми
матерії з екзотичними властивостями.
До
початку XXI століття з'ясування структури і властивостей адронів, а також щільної і
гарячої адронний матерії стало однією з найактуальніших проблем фізики
елементарних частинок. Ця тема інтенсивно обговорюється на міжнародних
конференціях і в друкованих виданнях. Особливий інтерес фізиків до екстремально
гарячим щільним середах пов'язаний з бажанням виявити особливий стан матерії --
так звану кварк-глюонної плазму (КГП), існування якої передбачене
сучасною теорією сильної взаємодії - квантової хромодинаміки (КХД).
Згідно з теорією Великого вибуху, розвиток Всесвіту на ранніх стадіях еволюції
визначалося властивостями цієї плазми. Крім того, матерія в такому стані
може сформуватися всередині компактних зірок, що спостерігаються в даний час.
Існування особливих фаз матерії може бути причиною особливої поведінки
деяких компактних зірок, процес охолодження яких не може бути пояснений
на основі старих моделей, які не враховують існування кварк-глюонної
плазми в ядрах цих зірок.
Телескопи,
розміщення на навколоземній орбіті, дозволили отримати безцінний науковий
матеріал зі спостереження компактних зірок. Це дало поштовх в астрофізиці до
розвитку моделей зірок, що враховують можливість існування КГП. Зрозуміло, що
в таких обставин необхідно розвивати теоретичні методи, що дозволяють
інтерпретувати спостереження і виявляти процеси, які дозволили б судити про
існування КГП. Ця велика комплексна проблема розбивається на декілька
самостійних завдань, які можуть бути вирішені незалежно. Одна з них --
мікроскопічне опис властивостей адронів у звичайних та екстремальних умовах,
тобто дослідження залежності мас, часів життя адронів і т. п. от
температури і щільності.
Для
опису внутрішніх властивостей адронів, таких як маса, константи розпадів
адронів і їх взаємодії один з одним за допомогою сильного і електрослабкої
взаємодії, потрібні непертурбатівние підходи. Серед них варто згадати
метод рівнянь Дайсона-Швінгера, Бете-Салпітера, різноманітні локальні та нелокальних
кваркової моделі, засновані як на квантової хромодинаміці, так і на
феноменології. У своїх дослідженнях я використовував різні версії кіральной
кваркової моделі, в якій виключені глюони, а визначається ними взаємодія
кварків апроксимувати порівняно простим способом, що дозволяє вирішувати
завдання, які не вирішуються в КХД. Дана модель, модель типу Намбу-Йона-Лазініо,
отримала розвиток і дозволила описати властивості скалярних, псевдоскалярних і
векторних мезонів, включаючи їх основні стану, а також перші радіальні
збудження. Ми передбачили маси скалярних мезонів - основних і
радіально-порушених, а також маси перший радіальних збуджень
псевдоскалярних і векторних мезонів. Крім того, ми вирахували ширину основних
розпадів мезонів, що йдуть за рахунок сильної взаємодії. По цій темі я з
співавторами опублікував 24 статті у реферованих вітчизняних і зарубіжних
виданнях, включаючи праці конференцій.
Нещодавно,
використовуючи кваркової моделі типу Намбу-Йона-Лазініо, я досліджував поведінку форм-факторів
півонії, h-, і h'-мезонів в області низьких і великих енергій. Результат
узгоджується з експериментальними даними групи експериментаторів CLEO, які
спостерігали реакції народження півонії і фотона з віртуального фотона з великими
просторово-подібними 4-імпульсами.
В
даний час найбільший інтерес для мене представляють дослідження властивостей
мезонів в гарячій і щільною середовищі. Ці дослідження розпочаті нещодавно. За
минулі два роки ми досліджували фазову діаграму кваркової матерії при
температурах від 0 до 200 мегаелектронвольт (МеВ), а також для значень
хімічного потенціалу (визначає баріонів щільність) від 0 до 400 МеВ. Ми
отримали оригінальні результати, оскільки для фіксації параметрів у рамках
кваркової моделі використовували оригінальну процедуру, яку раніше ніхто не
застосовував. Дослідження виявили залежність фазової діаграми, тобто умов і
типів фазових переходів, від параметрів моделі. В основному результати
узгоджуються з дослідженнями інших вчених у світі, підтверджуючи спонтанне
порушення колірної симетрії (фундаментальної симетрії сильного
взаємодії) і утворення так званого кольорового конденсату. Якісно
це явище аналогічно відомому феномену надпровідності і, за аналогією,
названо кольоровий надпровідністю.
Я
продовжую дослідження в цій галузі, вивчаючи, як модифікуються спектри
мезонів в умовах щільної матерії, в якій сформувався кольоровий конденсат.
Вже отримані попередні результати по залежності констітуентной маси
u (d)-кварків, кольоровий щілини, мас скалярного і псевдоскалярного мезонів при
нульовій температурі і високій баріонів щільності. Ці результати можна
застосувати для селекції процесів, які змогли б стати відмінними
сигналами існування кваркової матерії з незвичайними властивостями (кольорова
надпровідність). Подібні експерименти на споруджуваних установках LHC в ЦЕРН
(Швейцарія-Франція) та SIS-200 в GSI (Дармштадт, Німеччина), на яких будуть
отримані досить щільні освіти кваркової матерії при зіткненні іонізованих
атомом урану. До цього часу дослідження проводилися для свинцю, сірки і золота на
установках AGE, SPS (ЦЕРН), а також на установці RHIC (Брукхевен, США).
Одночасно
з вивченням властивостей щільною і гарячої кваркової матерії ми досліджували
зіткнення легких мезонів (півонії) в гарячому мезонів газі в нерівноважних
умовах. У таких умовах зіткнення часток призводять до появи великої
"ширини" у вузьких резонансів, таких як півонія. У розрідженої середовищі його
ширина вкрай мала (кілька кеВ) і обумовлена ймовірністю слабкого розпаду
для заряджених півонії та електромагнітного розпаду для нейтральних півонії. А в
нерівноважної середовищі ширина може досягати 80 МеВ (порівнянна з масою спокою
півонії 140 МеВ) поблизу фазового переходу адронний матерії в кварк-глюонної
плазму, що має суттєвий вплив на процеси за участю півонії в гарячому
мезонів газі. Як наслідок, є помітне відхилення в спостережуваних
спектрах електрон-позитронного пар, які випромінюються при зіткненнях важких
іонів, від прогнозів для вузьких півонії. Велика ширина дозволяє пояснити
цей що спостерігається в експерименті ефект.
В
рамках простий кваркової моделі були отримані також якісні оцінки для
температурної залежності маси і ширини зачарованих (тобто що містять
"зачарований" кварк) D-і D *- мезонів. Вивчення параметрів цих частинок
в гарячій середовищі дуже важливо для розуміння процесів дисоціації мезонів з явним
і прихованим "чарівністю", що мають безпосереднє відношення до
проблемі пошуку кварк-глюонної плазми.
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://elementy.ru/
