Дибарионы, интересные объекты ядерной физики и физики элементарных частиц, представляют собой состояние вещества, в котором два бариона, каждый из которых состоит из трех кварков, связаны между собой. Впервые эта концепция была предложена в контексте квантовой хромодинамики (КХД) — теории, описывающей сильное взаимодействие между кварками и глюонами.
Ученые из Института фундаментальных исследований Тата и Института математических наук предсказали существование частицы дибариона, построенной полностью из нижних кварков. Эта частица, получившая название D6b, обладает энергией связи в 40 раз большей, чем энергия связи единственного известного стабильного дибарионов — дейтрона. Это открытие, ставшее возможным благодаря квантовой хромодинамике на решетках пространства-времени, может дать ценные сведения о природе сильных сил и взаимодействии кварковых масс.
Дибарионы — это субатомные частицы, состоящие из двух барионов. Их образование, происходящее в результате взаимодействия между барионами, имеет фундаментальное значение для нуклеосинтеза при «большом взрыве», ядерных реакций, в том числе происходящих в звездах, и является связующим звеном между ядерной физикой, космологией и астрофизикой. Удивительно, но сильные силы, отвечающие за образование и большую часть массы ядер, способствуют формированию множества различных дибарионов с разнообразными комбинациями кварков.
Тем не менее, эти дибарионы не часто наблюдаются — единственным известным стабильным дибарионом в настоящее время является дейтрон.
Чтобы разрешить эту кажущуюся дихотомию, необходимо исследовать дибарионы и барион-барионные взаимодействия на фундаментальном уровне сильных взаимодействий. В недавней публикации в журнале Physical Review Letters физики из Татского института фундаментальных исследований (TIFR) и Института математических наук (IMSc) представили убедительные доказательства существования глубоко связанного дибариона, полностью построенного из нижних (красивых) кварков.
Используя вычислительные возможности Индийской инициативы по теории решеток (ILGTI), профессор Нилмани Матхур и аспирант Дебсубхра Чакраборти из Отделения теоретической физики TIFR, а также доктор М. Падманат из IMSc предсказали существование этой субатомной частицы. Предсказанный дибарион (D6b) состоит из двух трижды нижних омега (Ωbb) барионов, обладающих максимальным по красоте ароматом.
Схематическое изображение предсказанного дибариона D6b, состоящего из двух Омега-барионов. Credit: Nilmani Mathur
Предсказано, что энергия его связи в 40 раз превышает энергию связи дейтрона, что, возможно, дает ему право быть самым сильно связанным красивым дибарионом в нашей видимой Вселенной. Эта находка проясняет интригующие особенности сильных сил в барион-барионных взаимодействиях и открывает путь к дальнейшему систематическому изучению кварковой зависимости барион-барионных взаимодействий, которая, возможно, может объяснить возникновение связей в ядрах. Это также стимулирует поиск таких более тяжелых экзотических субатомных частиц в экспериментах следующего поколения.
Поскольку в области низких энергий сильные силы сильно непертурбативны, пока не существует первопринципного аналитического решения для изучения структур и взаимодействий составных субатомных частиц, таких как протоны, нейтроны и образуемые ими ядра. Формулировка квантовой хромодинамики (КХД) на решетках пространства-времени, основанная на сложном слиянии фундаментальной теории и высокопроизводительных вычислений, предоставляет возможность для такого исследования.
Для этого требуется не только глубокое понимание квантовых теоретико-полевых проблем, но и наличие крупномасштабных вычислительных ресурсов. Так, одни из крупнейших научных вычислительных ресурсов в мире используются теоретиками решеточной калибровки, которые пытаются разгадать тайну сильных взаимодействий нашей Вселенной, проводя исследования в фемтомире (в масштабе порядка одной миллионно-миллиардной доли метра).
Решетчатые КХД-расчеты могут также сыграть важную роль в понимании образования ядер при Большом взрыве, механизмов их реакций, в поиске физики за пределами стандартной модели, а также в исследовании материи в экстремальных условиях высокой температуры и плотности, аналогичных тем, которые были на ранних этапах существования Вселенной после Большого взрыва.
Ссылка: «Сильно связанный дибарион с максимальным ароматом красоты из решеточной КХД» Нилмани Матхур, М. Падманатх и Дебсубхра Чакраборти, 16 марта 2023 г., Physical Review Letters . DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.111901
