Физики предсказывают существование «самой странной» частицы
Изображение: Keiko Murano.
Частицы, известные как барионы (протоны и нейтроны), состоят из трех кварков, тесно связанных друг с другом, причем их заряд зависит от «цвета» кварков, которые их образуют.
Дибарион — это, по сути, система с двумя барионами. В природе существует один известный дибарион — дейтрон, дейтериевое ядро, содержащее протон и нейтрон, которые очень слабо связаны.
Физики давно задавались вопросом, могут ли быть другие типы дибарионов. Несмотря на поиски, никакого другого дибариона не найдено.
В настоящее время сотрудничество HAL QCD Collaboration использует мощные теоретические и вычислительные средства для прогнозирования существования «самого странного» дибариона, состоящего из двух барионов «Омега», которые содержат по три странных кварка.
Исследователи назвали новую частицу «ди-Омега». Они также предложили способ поиска этих странных частиц в экспериментах с столкновениями тяжелых ионов.
Обнаружение стало возможным благодаря случайной комбинации из трех элементов: лучшие методы для расчета QCD, лучшие алгоритмы моделирования и мощный суперкомпьютер.
«Первым существенным элементом была новая теоретическая основа, называемая «Зависящим от времени методом HAL QCD». Она позволяет нам извлекать силу, действующую между барионами, из большого объема числовых данных, полученных с помощью суперкомпьютера», — говорят ученые.
«Второй элемент — новый вычислительный метод, унифицированный алгоритм сжатия, который позволяет гораздо более эффективный расчет системы с большим количеством кварков». «Третий элемент — один из самых мощных компьютеров в мире — компьютер K RIKEN, в Японии».
«Нам очень повезло, что мы смогли использовать компьютер «K» для выполнения расчетов. Это позволило быстро рассчитывать варианты с огромным количеством переменных», — сказал д-р Шиния Гонгё из Центра RIKEN Nishina. «Тем не менее, нам потребовалось почти три года, чтобы мы могли прийти к нашему выводу о частице ди-Омега».
«Мы полагаем, что эти особые частицы могут быть получены в результате экспериментов с использованием столкновений тяжелых ионов, которые планируются в Европе и Японии, и мы с нетерпением ожидаем совместной работы с коллегами, чтобы экспериментально обнаружить первую дибарионную систему за пределами дейтрона», — добавил д-р Тетсуо Хатсуда, учатсник программы RICEN Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS).
«Эта работа может дать нам подсказки для понимания взаимодействия между странными барионами (называемыми гиперонами) и понять, как в экстремальных условиях, подобных тем, что обнаружены в нейтронных звездах, нормальная материя может перейти к тому, что называется гипертонической материей (состоящей из протонов, нейтронов и гиперонов), и в конечном итоге к кварковому веществу».
Shinya Gongyo et al (HAL QCD Collaboration). 2018. Most Strange Dibaryon from Lattice QCD. Phys. Rev. Lett 120 (21); doi: 10.1103/PhysRevLett.120.212001