Откуда берется масса в адронах? Аномалия, бросающая вызов хиральной симметрии

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Мир элементарных частиц полон загадок, и одной из самых интригующих является природа массы адронов — частиц, состоящих из кварков и глюонов. Если с массой протона и нейтрона (нуклонов) все более-менее ясно — львиную долю их массы обеспечивают глюоны, то с пионом, самой легкой из адронов, ситуация куда сложнее. Согласно Стандартной модели, масса кварков, составляющих пион, практически ничтожна. Откуда же берется масса самой частицы?

Часть ответа кроется в так называемой аномалии следа тензора энергии-импульса. Эта аномалия возникает из-за нарушения конформной симметрии на квантовом уровне и играет ключевую роль в понимании таких явлений, как конфайнмент кварков и генерация массы адронов. В случае нуклона вклад аномалии следа доминирует, однако в пионе она отвечает лишь за половину массы, разделяя «ответственность» с сигма-членом.

Элементарные частицы, вольная интерпретация
Элементарные частицы, вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

И вот тут начинается самое интересное. Согласно теоретическим предсказаниям, вклад глюонной составляющей аномалии следа в массу пиона должен быть пропорционален корню квадратному из массы кварков. Точно так же, как масса самого пиона и его сигма-член. Но почему аномалия следа, связанная с нарушением конформной симметрии, вдруг начинает «чувствовать» хиральную симметрию, связанную с малостью массы кварков? Эта загадка заставила ученых глубже вникнуть в структуру пиона.

Сужение трехточечной функции от двухточечных адронных пропагаторов и глюонных операторов. Разные цвета обозначают различные вклады от точек сетки источника. Цитирование: Bigeng Wang, Fangcheng He, Gen Wang, Terrence Draper, Jian Liang, Keh-Fei Liu, and Yi-Bo Yang (χQCD Collaboration) Phys. Rev. D 109, 094504 Trace anomaly form factors from lattice QCD DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.094504
Сужение трехточечной функции от двухточечных адронных пропагаторов и глюонных операторов. Разные цвета обозначают различные вклады от точек сетки источника. Цитирование: Bigeng Wang, Fangcheng He, Gen Wang, Terrence Draper, Jian Liang, Keh-Fei Liu, and Yi-Bo Yang (χQCD Collaboration) Phys. Rev. D 109, 094504 Trace anomaly form factors from lattice QCD DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.094504
Автор: Bigeng Wang et al. Источник: journals.aps.org

Группа исследователей из коллаборации xQCD провела расчеты на решетке, моделирующей квантовую хромодинамику, чтобы изучить форм-фактор глюонной составляющей аномалии следа для пиона и нуклона. Форм-фактор — это своего рода «отпечаток пальца», описывающий распределение массы внутри частицы.

Матричный элемент аномалии глюонного следа пиона, 𝛽/2𝑔 ⟨𝐹2⟩(𝑄2=0), в прямом пределе (т.е. при 𝑄2=0 ГэВ2). Точки данных хорошо согласуются с цветными полосами, предсказанными из подгонки с функциональной формой 𝛽/2𝑔 ⟨𝐹2⟩=𝑎+𝑏√𝑚𝑙+𝑐√𝑚𝑙ln(√𝑚𝑙). Цитирование: Bigeng Wang, Fangcheng He, Gen Wang, Terrence Draper, Jian Liang, Keh-Fei Liu, and Yi-Bo Yang (χQCD Collaboration) Phys. Rev. D 109, 094504 Trace anomaly form factors from lattice QCD DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.094504
Матричный элемент аномалии глюонного следа пиона, 𝛽/2𝑔 ⟨𝐹2⟩(𝑄2=0), в прямом пределе (т.е. при 𝑄2=0 ГэВ2). Точки данных хорошо согласуются с цветными полосами, предсказанными из подгонки с функциональной формой 𝛽/2𝑔 ⟨𝐹2⟩=𝑎+𝑏√𝑚𝑙+𝑐√𝑚𝑙ln(√𝑚𝑙). Цитирование: Bigeng Wang, Fangcheng He, Gen Wang, Terrence Draper, Jian Liang, Keh-Fei Liu, and Yi-Bo Yang (χQCD Collaboration) Phys. Rev. D 109, 094504 Trace anomaly form factors from lattice QCD DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.094504
Автор: Bigeng Wang et al. Источник: journals.aps.org

Результаты оказались удивительными. В отличие от нуклона, форм-фактор пиона меняет знак при увеличении переданного импульса. Это означает, что распределение массы внутри пиона не монотонно, как у нуклона, а имеет сложную структуру. В центре пиона плотность глюонного поля оказывается меньше, чем в вакууме, а на периферии — больше. Именно такая необычная структура позволяет пиону «избавиться» от массы при стремлении массы кварков к нулю.

Верхняя панель: экстраполяция формфакторов нуклона на большую область 𝑄^2. Нижняя панель: пространственное распределение аномалии глюонного следа 2𝜋𝑟𝜌IMF 𝑁(𝑟) при семи массах валентных пионов. Цитирование: Bigeng Wang, Fangcheng He, Gen Wang, Terrence Draper, Jian Liang, Keh-Fei Liu, and Yi-Bo Yang (χQCD Collaboration) Phys. Rev. D 109, 094504 Trace anomaly form factors from lattice QCD DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.094504
Верхняя панель: экстраполяция формфакторов нуклона на большую область 𝑄^2. Нижняя панель: пространственное распределение аномалии глюонного следа 2𝜋𝑟𝜌IMF 𝑁(𝑟) при семи массах валентных пионов. Цитирование: Bigeng Wang, Fangcheng He, Gen Wang, Terrence Draper, Jian Liang, Keh-Fei Liu, and Yi-Bo Yang (χQCD Collaboration) Phys. Rev. D 109, 094504 Trace anomaly form factors from lattice QCD DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.094504
Автор: Bigeng Wang et al. Источник: journals.aps.org

Полученные результаты не только проливают свет на загадку массы пиона, но и согласуются с предсказаниями хиральной теории возмущений для малых переданных импульсов. Однако для нуклона результаты расчетов расходятся с недавними предсказаниями пертурбативной КХД для больших переданных импульсов. Это расхождение указывает на необходимость дальнейших исследований, которые помогут полностью раскрыть роль аномалии следа в формировании массы адронов и глубже понять природу сильных взаимодействий. В будущем ученые планируют провести расчеты на решетках с физическими массами кварков и меньшим шагом, чтобы получить более точные результаты и экстраполировать их к непрерывному пределу.

2 комментария

a
Решетка, конформные преобразования… лет 35 практически не упоминались. И тут вспомнили о них. Видимо, новых идей совсем мало.
Y
Насколько приближают такие расчеты форм-фактора глюонной составляющей — к появлению пионой бомбы?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Поставил проектор на шкаф под углом, а он сам всё настроил на экран 130": обзор TrendVision Luma Arc

Когда хочется смотреть фильмы на большой диагонали, обычный телевизор уже не всегда кажется подходящим решением. Но с проекторами есть другая проблема: нужно найти место для установки, выставить...

Как буква «Ё» появилась в русском языке и почему её часто не используют

В книге можно встретить «елку», «ежика» и «теплый вечер» — и без труда понять, какие слова имелись в виду. Но с выражениями «все готово» или «мы узнаем» такой уверенности уже нет:...

Остров изгнанников: почему с острова Спиналонга в XX веке никто не возвращался

Остров, с которого не возвращаются. Звучит зловеще. Как сюжет для фильма ужасов не самого высокого пошиба, потому что тема, мягко говоря, избитая. Но это в кино, а в реальности и жуть, и интерес...

Белка не впадает в спячку: где она живёт зимой, если в дереве нет дупла

Зимой белку можно встретить в парке даже после снегопада. Она перебегает между деревьями, копается возле корней и снова исчезает в кроне. Но где зверёк проводит ночь, когда ветки покрыты снегом, а...

MuseHiFi U3 — мал, да удал — обзор мобильного ЦАПа/усилителя для наушников с 3,5 и 4,4 разъемами

Про компанию MuseHiFi я, конечно же, раньше слышал, но никогда ранее не имел дела с их девайсами. MuseHiFi — это китайский бренд, основанный в 2022 году и специализирующийся на...

Эксперимент с перелетом через континент: как камчатский краб перестроил Баренцево море

Осенью 1960 г. на борт пассажирского лайнера Ту-104 в Хабаровске загрузили девять деревянных ящиков со мхом и увлажненной марлей, внутри которых находились девять живых самок ракообразных с...