كرة الغراء

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

في فيزياء الجسيمات ، تُعرف كرة الغلوون (وتُسمى أيضًا غلوونيوم أو كرة الغلوون ) بأنها جسيم مركب افتراضي . [ 1 ] تتكون هذه الكرة من غلوونات فقط ، دون وجود كواركات التكافؤ . يُمكن وجود هذه الحالة لأن الغلوونات تحمل شحنة لونية وتخضع لتفاعل قوي فيما بينها. يصعب للغاية تحديد كرات الغلوون في مسرعات الجسيمات ، لأنها تختلط بحالات الميزون العادية . [ 2 ] [ 3 ] في نظرية القياس البحتة ، تُعد كرات الغلوون الحالات الوحيدة في الطيف، وبعضها مستقر . [ 4 ]

تُظهر الحسابات النظرية أن جسيمات الغلوون يجب أن تتواجد في نطاقات طاقة يمكن الوصول إليها باستخدام تقنية المصادمات الحالية . ومع ذلك، ونظرًا للصعوبة المذكورة آنفًا (من بين صعوبات أخرى)، لم يتم رصدها وتحديدها بشكل قاطع حتى الآن، [ 5 ] على الرغم من أن الحسابات الظاهراتية أشارت إلى أن جسيم غلوون مرشح تم تحديده تجريبيًا، يُرمز إليه بـ f0 ( 1710)، يمتلك خصائص تتوافق مع تلك المتوقعة من جسيم غلوون في النموذج القياسي . [ 6 ]

إن التنبؤ بوجود جسيمات الغلوون هو تنبؤ أساسي لنظرية الكروموديناميكا الكمية كجزء من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، والذي لم يتم تأكيده تجريبياً بشكل قاطع حتى الآن. [ 7 ]

أُعلن في عام 2021، من قِبل تعاون TOTEM في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) بالتعاون مع تعاون DØ في مصادم تيفاترون السابق في مختبر فيرميلاب ، عن أدلة تجريبية على تبادل الأوديرون (جسيم غلووني مركب ذو تكافؤ فردي C ). وقد حُدِّد هذا التبادل، المرتبط بكرة غلوونية متجهة ثلاثية الغلوونات عديمة الكواركات، من خلال مقارنة تشتت البروتون-بروتون والبروتون-مضاد البروتون. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] وفي عام 2024، حُدِّد أن جسيم X(2370) له كتلة وتكافؤ دوران متوافقان مع كرة الغلوون. [ 11 ] ومع ذلك، لم يكن من الممكن استبعاد جسيمات غريبة أخرى مرشحة، مثل رباعي الكواركات . [ 12 ]

ملكيات

من حيث المبدأ، من الممكن نظريًا حساب جميع خصائص جسيمات الغلوون بدقة واستخلاصها مباشرةً من معادلات وثوابت الديناميكا اللونية الكمومية (QCD) دون الحاجة إلى بيانات تجريبية إضافية. لذا، يمكن وصف الخصائص المتوقعة لهذه الجسيمات الافتراضية بتفصيل دقيق باستخدام فيزياء النموذج القياسي فقط، وهو نموذج يحظى بقبول واسع في أدبيات الفيزياء النظرية. مع ذلك، ثمة قدر كبير من عدم اليقين في قياس بعض الثوابت الفيزيائية الرئيسية ذات الصلة، كما أن حسابات الديناميكا اللونية الكمومية بالغة الصعوبة لدرجة أن حلول هذه المعادلات تكاد تكون دائمًا تقريبات عددية (محسوبة باستخدام عدة طرق مختلفة تمامًا). قد يؤدي هذا إلى تباين في التنبؤات النظرية لخصائص جسيمات الغلوون، مثل الكتلة ونسب التفرع في اضمحلالها.

الجسيمات المكونة والشحنة اللونية

ركزت الدراسات النظرية للكرات الغلوونية على تلك المكونة إما من غلوونين أو ثلاثة غلوونات، قياسًا على الميزونات والباريونات التي تحتوي على كواركين وثلاثة كواركات على التوالي. وكما هو الحال مع الميزونات والباريونات، فإن الكرات الغلوونية متعادلة الشحنة اللونية وفقًا لنظرية الكروموديناميكا الكمية. عدد الباريونات في الكرة الغلوونية يساوي صفرًا.

الزخم الزاوي الكلي

يمكن أن تمتلك جسيمات الغلوون الثنائية زخمًا زاويًا كليًا J = 0 (وهي إما كمية قياسية أو شبه قياسية ) أو J = 2. أما جسيمات الغلوون الثلاثية، فيمكن أن تمتلك زخمًا زاويًا كليًا J = 1 ( بوزون متجه ) أو J = 3. جميع جسيمات الغلوون تمتلك زخمًا زاويًا كليًا صحيحًا، مما يعني أنها بوزونات وليست فرميونات .

تُعد جسيمات الغلوبول الجسيمات الوحيدة التي تنبأ بها النموذج القياسي ذات الزخم الزاوي الكلي ( J ) (يسمى أحيانًا الدوران الجوهري ) والذي يمكن أن يكون إما 2 أو 3 في حالاتها الأرضية، على الرغم من أنه تم رصد ميزونات مكونة من كواركين مع J = 0 و J = 1 بكتل مماثلة، ويمكن أن يكون للحالات المثارة للميزونات الأخرى هذه القيم من الزخم الزاوي الكلي.

الشحنة الكهربائية

جميع كرات الغلوون ستكون لها شحنة كهربائية تساوي صفرًا، لأن الغلوونات نفسها لا تحمل شحنة كهربائية. [ 13 ]

القداس والمساواة

تتنبأ الديناميكا اللونية الكمومية بأن جسيمات الغلوون ذات كتلة، على الرغم من أن الغلوونات نفسها لها كتلة سكون صفرية في النموذج القياسي. وقد تم النظر في جسيمات الغلوون بجميع التوليفات الأربع الممكنة للأعداد الكمومية P ( التكافؤ المكاني ) و C ( تكافؤ الشحنة ) لكل زخم زاوي كلي ممكن، مما أنتج ما لا يقل عن 15 حالة ممكنة لجسيمات الغلوون، بما في ذلك حالات جسيمات الغلوون المثارة التي تشترك في نفس الأعداد الكمومية ولكنها تختلف في كتلتها، حيث تصل كتلة أخف الحالات إلى أدنى حد.1.4 جيجا إلكترون فولت  / ثانية² (لكرة غلوونية ذات أعداد كمومية J = 0 ، P = +1 ، C = +1 ، أو ما يعادلها J PC = 0 ++ )، وأثقل الحالات التي لها كتل تصل إلى ما يقرب من5  GeV/ c 2 (لكرة غلوونية ذات أعداد كمومية J = 0 ، P = +1 ، C = −1 ، أو J PC = 0 +− ). [ 5 ]

هذه الكتل من نفس رتبة مقدار كتل العديد من الميزونات والباريونات التي تم رصدها تجريبياً ، وكذلك كتل ليبتون تاو ، وكوارك السحر ، وكوارك القاع ، وبعض نظائر الهيدروجين ، وبعض نظائر الهيليوم . [ 14 ]

قنوات الاستقرار والتحلل

كما أن جميع الميزونات والباريونات في النموذج القياسي، باستثناء البروتون، غير مستقرة في حالتها المنفردة، فإن جميع جسيمات الغلوون الكروية تتنبأ، وفقًا للنموذج القياسي، بأنها غير مستقرة أيضًا في حالتها المنفردة، حيث تتنبأ حسابات الديناميكا اللونية الكمومية ( QCD ) المختلفة بعرض الاضمحلال الكلي (المرتبط وظيفيًا بنصف العمر) لحالات الغلوون الكروية المختلفة. كما تتنبأ حسابات الديناميكا اللونية الكمومية بأنماط الاضمحلال المتوقعة لجسيمات الغلوون الكروية. [ 15 ] [ 16 ] على سبيل المثال، لن تخضع جسيمات الغلوون الكروية لاضمحلال إشعاعي أو اضمحلال ثنائي الفوتون، بل ستخضع لاضمحلال إلى أزواج من البيونات ، أو أزواج من الكاونات ، أو أزواج من ميزونات إيتا . [ 15 ]

التأثير العملي على فيزياء الطاقة المنخفضة على المستوى العياني

مخطط فاينمان لتحلل كرة غلوونية (G) إلى بيونين ( π ). تساعد هذه التحللات في دراسة الكرات الغلوونية والبحث عنها. [ 17 ]

تتميز جسيمات الغلوون في النموذج القياسي بزوالها السريع (إذ تتحلل فورًا تقريبًا إلى نواتج تحلل أكثر استقرارًا)، ولا تتولد إلا في فيزياء الطاقة العالية. لذا، في الظروف الطبيعية الموجودة على الأرض والتي يمكن للبشر ملاحظتها بسهولة، لا تنشأ جسيمات الغلوون إلا صناعيًا. وتكمن أهميتها العلمية في كونها تنبؤًا قابلًا للاختبار للنموذج القياسي، وليس بسبب تأثيرها الظاهري على العمليات العيانية، أو تطبيقاتها الهندسية .

محاكاة QCD الشبكية

توفر نظرية الكروموديناميكا الكمية الشبكية (QCD) طريقة لدراسة طيف الغلوونات نظريًا ومن المبادئ الأساسية. كانت بعض الكميات الأولى التي حُسبت باستخدام طرق QCD الشبكية (في عام 1980) عبارة عن تقديرات لكتل ​​الغلوونات. [ 18 ] قام مورنينغستار وبيردون بحساب كتل أخف الغلوونات في QCD بدون كواركات ديناميكية في عام 1999. [ 19 ] ترد أدناه الجداول الخاصة بأدنى ثلاث حالات. من شأن وجود الكواركات الديناميكية أن يُغير هذه البيانات قليلاً، ولكنه يجعل الحسابات أكثر صعوبة. منذ ذلك الحين، وجدت الحسابات ضمن QCD (قواعد الشبكة والجمع) أن أخف غلوون هو جسيم قياسي بكتلة في نطاق حوالي1000–1700  ميغا إلكترون فولت/ c 2 . [ 5 ] تم تأكيد تنبؤات الشبكة للكرات الغلوونية القياسية والزائفة القياسية، بما في ذلك إثاراتها، بواسطة معادلات دايسون-شوينجر/بيث-سالبيتر في نظرية يانغ-ميلز . [ 20 ]

لجنة التحقيق المشتركةكتلة
0 ++1730 ± 80 ميغا إلكترون فولت / ثانية 
2 ++2400 ± 120 ميغا إلكترون فولت  / ثانية
0 −+2590 ± 130 ميغا إلكترون فولت  / ثانية

المرشحون التجريبيون

غالباً ما تتمكن تجارب مسرعات الجسيمات من تحديد الجسيمات المركبة غير المستقرة وتحديد كتل تلك الجسيمات بدقة تقاربتبلغ سرعة الجسيمات 10 ميغا إلكترون  فولت/ ثانية² ، دون القدرة على تحديد جميع خصائص الجسيم المرصود مباشرةً. وقد تم رصد عشرات من هذه الجسيمات، على الرغم من أن الجسيمات التي تم رصدها في بعض التجارب دون غيرها تُعتبر موضع شك.

خضع العديد من هؤلاء المرشحين لدراسات مكثفة على مدى ثمانية عشر عامًا على الأقل. [ 15 ] صُممت تجربة GlueX خصيصًا لإنتاج أدلة تجريبية أكثر دقة على وجود كرات الغلو . [ 21 ]

تتضمن بعض الرنينات الجسيمية المرشحة التي يمكن أن تكون كرات غلوونية، على الرغم من أن الأدلة ليست قاطعة، ما يلي.

مرشحو كرة الغراء

  • يُعدّ X(3020) الذي رصده فريق BaBar مرشحًا لحالة مثارة من حالات الغلوون J PC = 2 −+ , 1 +− , أو 1 −− بكتلة تبلغ حوالي3.02  جيجا إلكترون فولت/ ج 2 . [ 22 ]

مرشحو كرة الغلووم القياسية

تم تحديد العديد من المرشحين للكرات الغلوومية القياسية بواسطة أوكس: [ 5 ]

  • f 0 (500) والمعروف أيضًا باسم σ - من المحتمل أن تكون خصائص هذا الجسيم متوافقة مع كرة غلوونية كتلتها1000 ميغا إلكترون فولت  / ثانية أو1500  ميغا إلكترون فولت/ c 2 .
  • f 0 (980) – يتوافق هيكل هذا الجسيم المركب مع وجود كرة غلوون خفيفة.
  • f 0 (1370) – وجود هذا الرنين محل خلاف ولكنه مرشح لحالة خلط الغلوون والميزون.
  • f 0 (1500)، f 0 (1710) - إن وجود هذه الرنينات أمر لا جدال فيه، ولكن وضعها كحالات خلط غلوبول-ميزون أو غلوبولات نقية لم يتم تحديدها بشكل جيد.

مرشحون آخرون

  • أظهرت نفاثات الغلوونات في تجربة LEP زيادة بنسبة 40% عن التوقعات النظرية للتجمعات المحايدة كهرومغناطيسيًا، مما يشير إلى أنه من المحتمل وجود جسيمات محايدة كهرومغناطيسيًا متوقعة في بيئات غنية بالغلوونات مثل كرات الغلوونات. [ 5 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كلوز، فرانك؛ بيج، فيليب ر. (نوفمبر 1998). "كرات الغراء". مجلة ساينتفك أمريكان . 279 (5): 80-85 . Bibcode : 1998SciAm.279e..80C . doi : 10.1038/scientificamerican1198-80 . JSTOR 26058158 . 
  2. ↑ ماثيو، فينسنت؛ كوتشيلف، نيكولاي؛ فينتو، فيسنتي (2009). "فيزياء كرات الغراء". المجلة الدولية للفيزياء الحديثة E. 18 ( 1): 1-49 . arXiv : 0810.4453 . Bibcode : 2009IJMPE..18....1M . doi : 10.1142/S0218301309012124 . S2CID 119229404 . 
  3. ↑ Glueball على arxiv.org مؤرشف بتاريخ 12 يوليو 2020 في Wayback Machine
  4. ↑ شورياك، إي. (2021). "الفصل 9". الظواهر الطوبولوجية غير الاضطرابية في الديناميكا اللونية الكمومية والنظريات ذات الصلة . سبرينغر. ص 233. ISBN  978-3-030-62989-2.
  5. 1 2 3 4 5 أوكس، وولفغانغ (2013). "وضع جسيمات الغلوون". مجلة الفيزياء G. 40 ( 4) 043001. arXiv : 1301.5183 . Bibcode : 2013JPhG...40d3001O . doi : 10.1088/0954-3899/40/4/043001 . S2CID 73696704 . 
  6. ↑ برونر، فريدريك؛ ريبان، أنطون (21-09-2015). "التحسين غير الكيرالي لاضمحلال الغلوون القياسي في نموذج ويتن-ساكاي-سوغيموتو". رسائل المراجعة الفيزيائية . 115 (13) 131601. arXiv : 1504.05815 . Bibcode : 2015PhRvL.115m1601B . doi : 10.1103/PhysRevLett.115.131601 . PMID 26451541. S2CID 14043746 .  
  7. ↑ فاداكينو، دافيد (2023-05-08)، مراجعة حول البحث عن كرات الغراء ، arXiv : 2305.04869
  8. ↑ تعاون D0؛ تعاون TOTEM؛ أبازوف، ف.م.؛ أبوت، ب.؛ أشاريا، ب.س.؛ آدامز، م.؛ آدامز، ت.؛ أغنيو، ج.ب.؛ أليكسييف، ج.د.؛ ألخازوف، ج.؛ ألتون، أ. (2021-08-04). "تبادل الأوديرون من اختلافات التشتت المرن بين بيانات pp و pp عند 1.96 تيرا إلكترون فولت ومن قياسات التشتت الأمامي لـ pp". رسائل المراجعة الفيزيائية . 127 (6) 062003. arXiv : 2012.03981 . doi : 10.1103/ PhysRevLett.127.062003 . hdl : 10138/333366 . PMID 34420329. S2CID 237267938 .   
  9. ↑ تشالمرز، ماثيو (9 مارس 2021). "اكتشاف أوديرون" . سيرن كورير . مؤرشف من الأصل في 9 يوليو 2021. تم الاطلاع عليه في 13 أبريل 2021 .
  10. ↑ تشورغو، ت.؛ نوفاك، ت.؛ ستير، أ.؛ سزاني، إ. (23 فبراير 2021). "دليل على تبادل أوديرون من خصائص قياس التشتت المرن عند طاقات تيرا إلكترون فولت" . المجلة الأوروبية للفيزياء C. 81 ( 180). سبرينغر نيتشر سويسرا إيه جي: 180. arXiv : 1912.11968 . Bibcode : 2021EPJC...81..180C . doi : 10.1140/epjc/s10052-021-08867-6 . ISSN 1434-6052 . 
  11. ↑ أبليكيم، م.؛ وآخرون (مجموعة BESIII) (مايو 2024). "تحديد الأعداد الكمية للدوران والتكافؤ لـ X(2370) كـ 0 −+ من J/ψ → γK 0 S K 0 η′". Physical Review Letters . 132 (18) 181901. arXiv : 2312.05324 . doi : 10.1103/PhysRevLett.132.181901 . PMID 38759175 . 
  12. ↑ "جسيم جديد أخيرًا! اكتشف الفيزيائيون أول "كرة غلوونية""" . بيغ ثينك . 2024-05-07. مؤرشف من الأصل في 2024-05-08 . تم الاسترجاع في 2024-05-08 ."
  13. ↑ al, WM Yao et al (2006-07-01). "مراجعة فيزياء الجسيمات" . مجلة الفيزياء G: الفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات . 33 (1): 1–1232 . doi : 10.1088/0954-3899/33/1/001 . hdl : 10481/34594 . ISSN 0954-3899 . 
  14. ↑ غريفيث، ديفيد (1987). مقدمة في الجسيمات الأولية . جون وايلي وأولاده، ص 122. ISBN  0-471-60386-4.
  15. 1 2 3 تاكي، والتر (1996). "البحث عن كرات الغراء" (ملف PDF) . مسرع ستانفورد الخطي . جامعة ستانفورد . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 24-09-2015 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11-10-2013 .
  16. ↑ إسرايم، ولاء إي.؛ يانوفسكي، ستانيسلاوس (2013). "نسب التفرع للغلوون الكروي الزائف القياسي بكتلة 2.6 جيجا إلكترون فولت". arXiv : 1301.3345 [ hep-ph ]. 
  17. ^ كوهين، توماس. يانيس استرادا، فيليبي ج.؛ بيليز، JR. رويز دي الفيرا، J. (2014). “وصلات الميزون الخفيفة غير العادية والتوسع 1/N c ”. المراجعة البدنية د . 90 (3) 036003. أرخايف : 1405.4831 . بيب كود : 2014PhRvD..90c6003C . دوى : 10.1103/PhysRevD.90.036003 . S2CID 53313057 . 
  18. ↑ بيرغ، ب. (1980). "ارتباطات البلاكيت-بلاكيت في نظرية قياس الشبكة SU(2)". رسائل الفيزياء ب . 97 ( 3-4 ): 401-404 . Bibcode : 1980PhLB...97..401B . doi : 10.1016/0370-2693(80)90628-0 .
  19. ↑ مورنينغستار، كولين جيه؛ بيردون، مايك (1999). "طيف كرة الغلوون من دراسة شبكة غير متناحية". مجلة Physical Review D. 60 ( 3) 034509. arXiv : hep-lat/9901004 . Bibcode : 1999PhRvD..60c4509M . doi : 10.1103/PhysRevD.60.034509 . S2CID 18787544 . 
  20. ↑ هوبر، ماركوس كيو؛ فيشر، كريستيان إس؛ سانشيز-أليبوز، هيليوس (2020). "طيف كرات الغلوون العددية وشبه العددية من الطرق الوظيفية" . المجلة الأوروبية للفيزياء ج . 80 (11): 1077. arXiv : 2004.00415 . Bibcode : 2020EPJC...80.1077H . doi : 10.1140/epjc/ s10052-020-08649-6 . PMC 7679318. PMID 33239962 .  
  21. ↑ "فيزياء غراء GlueX" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-02-2020 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 07-05-2015 .
  22. ↑ هسياو، واي كيه؛ جينغ، سي كيو (2013). "تحديد جسيم الغلوون عند 3.02 جيجا إلكترون فولت في اضمحلالات الباريون B". رسائل الفيزياء ب . 727 ( 1-3 ): 168-171 . arXiv : 1302.3331 . Bibcode : 2013PhLB..727..168H . doi : 10.1016/j.physletb.2013.10.008 . S2CID 119235634 .