پیش‌بینی‌های جدیدی درباره ساختار پیچیده «تتراکوارک‌ها»

پژوهشگران چینی و آلمانی با بررسی «تتراکوارک‌ها»، نکات عمیق‌تری را درباره ساختار و رفتار پیچیده آنها پیش‌بینی کرده‌اند.

کد خبر: ۷۷۳۵۴۹

تاریخ: ۱۶ دی ۱۴۰۳ - ۱۲:۴۰

به گزارش ایران اکونومیست، پژوهش جدید پژوهشگران چینی و آلمانی، پیشرفت‌های قابل توجهی را در درک «تتراکوارک‌ها»(Tetraquarks) نشان می‌دهد که یک نوع کمیاب و پیچیده از ذرات هستند.

به نقل از ادونسد ساینس نیوز، این گروه پژوهشی با توسعه یک رویکرد جدید که روش‌های ریاضی پیشرفته را با یک مدل ساده‌تر از نحوه تعامل ذرات ترکیب می‌کند، به اکتشافات مهمی درباره ساختار درونی و جرم این ذرات دست یافته‌اند.

نتایج این گروه پژوهشی هم با داده‌های تجربی و هم با پیش‌بینی‌های قبلی آنها هماهنگ هستند. علاوه بر این، آنها پیش‌بینی‌های خود را درباره تترکوارک‌هایی ارائه داده‌اند که هنوز مشاهده نشده‌اند و احتمالا در آزمایش‌های آینده «برخورددهنده هادرونی بزرگ»(LHC) و سایر شتاب‌دهنده‌های ذرات بررسی خواهند شد.

تتراکوارک‌ها ذرات عجیبی هستند که از چهار «کوارک» تشکیل شده‌اند و این ویژگی، آنها را از ذرات قوی موسوم به «هادرون»(Hadron) متمایز می‌کند. هادرون‌های تشکیل‌شده از یک کوارک و یک آنتی‌کوارک، «مزون»(Meson) نام دارند و هادرون‌های تشکیل‌شده از سه کوارک، «باریون»(Baryon) نامیده می‌شوند.

تتراکوارک‌ها بسیار پیچیده‌تر هستند و از ترکیب چهار کوارک یا آنتی‌کوارک تشکیل شده‌اند. از آنجا که آنها نسبت به ذرات دیگر -خواه در آزمایش و خواه در تئوری- بسیار کمتر شناخته شده‌اند، دستیابی به درک بهتر درباره آنها اهمیت ویژه‌ای را برای پیشرفت دانش پیرامون فیزیک ذرات دارد.

اگرچه کشف تتراکوارک‌ها علاقه قابل توجهی را ایجاد کرده اما درک ماهیت واقعی آنها همچنان یک چالش است. نظریه «کرومودینامیک کوانتومی» که چگونگی تعامل کوارک‌ها و «گلوئون‌ها»(Gluons) را توصیف می‌کند، بسیار پیچیده است. به همین دلیل، پیش‌بینی دقیق ویژگی تتراکوارک‌ها درباره این نظریه به ‌طور مستقیم دشوار است و پژوهشگران را به توسعه مدل‌های تقریبی گوناگونی سوق می‌دهد که باید با داده‌های تجربی تأیید شوند.

این گروه پژوهشی با نادیده گرفتن ایجاد و نابودی مداوم ذرات مجازی در خلاء، محاسبات مورد نیاز را برای تعیین ساختار و ویژگی‌های تتراکوارک‌ها ساده‌ کرده‌اند. این اثر که در مقیاس‌های زیراتمی رخ می‌دهد و می‌تواند بر رفتار ذرات تأثیر بگذارد، محاسبات را بسیار پیچیده‌تر می‌کند. پژوهشگران با حذف این عامل توانستند بر تعاملات مستقیم بین کوارک‌ها و گلوئون‌ها تمرکز داشته باشند و مدل را ساده و قابل کنترل کنند. اگرچه این رویکرد تا حدودی دقت را قربانی می‌کند اما امکان ارائه پیش‌بینی‌های ارزشمندی را فراهم می‌آورد که می‌توان آنها را به کمک داده‌های تجربی آزمایش کرد.

این گروه پژوهشی با استفاده از رویکرد خود، چند تتراکوارک متشکل از دو کوارک سنگین و دو آنتی‌کوارک سبک را مورد بررسی قرار دادند. آنها به محاسبه جرم و اندازه تتراکوارک‌ها پرداختند و تعیین کردند که چگونه چهار کوارک در این هادرون‌های عجیب پراکنده شده‌اند.

«شی لین ژو»(Shi-Lin Zhu) استاد فیزیک «دانشگاه پکن»(Peking University) و از پژوهشگران این پروژه توضیح داد: به طور کلی، حالت‌های تتراکوارک به مولکول‌های مزون و حالت‌های تتراکوارک فشرده طبقه‌بندی می‌شوند. این دو پیکربندی متفاوت، ساختارهای داخلی و مکانیسم‌های اتصال حالت‌های عجیب را نشان می‌دهند. علاوه بر این، حالت‌های تتراکوارک فشرده دارای سه نوع پیکربندی جالب هستند. تتراکوارک فشرده، یک آنالوگ از مولکول هیدروژن و تتراکوارک فشرده دیکوارک‌محور، آنالوگ اتم هلیوم است.

چنین ساختارهای متنوعی از تعداد بیشتر کوارک‌ها در تتراکوارک‌ها در مقایسه با مزون‌ها و باریون‌ها ناشی می‌شود و امکان کاوش عمیق‌تر را درباره ویژگی‌های ظریف تعاملات قوی فراهم می‌کند. این تنوع، اطلاعات ارزشمندی را درباره پیچیدگی‌های نیروی قوی ارائه می‌کند و به پژوهشگران امکان می‌دهد تا رفتار آن را با جزئیات بیشتری بررسی کنند.

بیشتر تترکوارک‌های مورد بررسی در این پژوهش هنوز به صورت تجربی کشف نشده‌اند اما پژوهشگران نسبت به آینده نزدیک خوش‌بین هستند. آنها باور دارند که پیشرفت‌های صورت‌گرفته در فناوری تجربی، تشخیص ذرات پیش‌بینی‌شده را امکان‌پذیر می‌سازد و امکان آزمایش و اعتبارسنجی بیشتر مدل ساخت آنها را فراهم می‌کند.

این پژوهش در مجله «Physical Review D» به چاپ رسید.