Ученые предлагают новую область «неядерной физики»

Несмотря на то, что нейтроны «любят сотрудничать» с протонами, чтобы образовать ядро ​​атома, частицы всегда славились своим нежеланием связываться друг с другом. Но согласно новой предложенной теории, эти частицы могут взаимодействовать при определенных обстоятельствах, образуя новый вид «нечастиц», что может свидетельствовать о новом виде симметрии в физике.

Дам Тхань Сон, профессор физики Чикагского университета, изложил этот аргумент в исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, в соавторстве с Хансом-Вернером Хаммером из Технического университета Дармштадта в Германии.

Новое исследование было вдохновлено идеей, впервые предложенной в 2007 году профессором Гарвардского университета Говардом Джорджи, который предположил, что может существовать феномен, выходящий за рамки нашего традиционного представления о материи.

«Все, что нас окружает, состоит из частиц — локальной точки в пространстве, которая может переносить энергию — но его идея заключалась в том, что в природе может быть что-то, что несет энергию, но менее четкое и более размытое», — сказал Дам Сон. «Он шутливо назвал эту концепцию «нечастицей»».

Сон и Хаммер хотели попытаться применить эту концепцию, чтобы понять поведение частиц в ядрах атомов — особенно более экзотических ядер, которые появляются и исчезают во время некоторых событий во Вселенной, например, когда взрываются звезды. «Мы знаем только часть этих экзотических ядер», — сказал Сон.

Чтобы изучить экзотические атомные ядра на Земле, ученые разбивают тяжелые ядра друг о друга на ускорителях. Получается новое ядро ​​и поток нейтронов. Ученые заметили, что по мере того, как нейтроны выходят и удаляются, некоторые из них, идущие в одном направлении, могут продолжать «разговаривать» друг с другом — даже после того, как другие перестали взаимодействовать. Эта устойчивая связь между нейтронами может представлять собой нечеткое «ядро» со своими собственными свойствами, отличными от нормальных ядер.

Чтобы понять эту нечеткость, ученые объясняют: «Это немного похоже на разницу между ударами камня и ударом потоком воды». Оба несут энергию, но форма разная.

В своем новом исследовании Сон и Хаммер изложили, как и где искать доказательства наличия этих «неядер» в ускорителях, а также общее объяснение области того, что они в шутку назвали «неядерной физикой».

 Смотрите также: Открыта новая экзотическая частица материи – тетракварк Tcc +

По словам ученых, это могло быть проявлением типа симметрии, называемого конформной симметрией. Симметрии фундаментальны для современной физики; они являются общими чертами, которые сохраняются даже при изменении системы. Самой известной из них является то, что скорость света постоянна во всей Вселенной.

В конформной симметрии пространство искажается, но все углы остаются неизменными. Например, когда кто-то рисует 2D-карту всей 3D-Земли, невозможно одновременно сохранить все расстояния и углы. Однако некоторые карты, такие как обычная версия, впервые нарисованная Герардом Меркатором, нарисованы так, что все углы остаются правильными, но за счет значительного искажения расстояний около полюсов.

«Эта конформная симметрия не фигурирует в Стандартной модели физики, но присутствует в предложении Говарда «нечастиц»,  а также присутствует здесь», — сказал Дам

«Для меня это было неожиданностью, потому что, что необычно для ядерной физики, эти результаты имеют некоторую универсальность», — сказал Сон. То есть, в отличие от многих вычислений в физике, которые зависят от точности даже мельчайших деталей и чисел, «эти числа вообще не чувствительны к деталям», — сказал он.

Поскольку расчеты настолько надежны, даже если некоторые детали отсутствуют, Сон сказал, что если аргумент подтвердится, физики смогут использовать эти формулы для проверки других расчетов.

Исследователи также отметили, что такое поведение может происходить при охлаждении атомов до сверхнизких температур и в экзотических частицах, называемых тетракварками, состоящими из двух кварков и двух антикварков.

«Интересно работать над проблемой, которая может иметь последствия во многих областях физики», — сказал Дам Сон.

Исследование было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.