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

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...

✦ ИИ  Саморез прокручивается в мебели? Как восстановить отверстие в ДСП и не менять всю деталь

Петля кухонного шкафа вырвалась из боковой стенки, дверца перекосилась, а саморез вращается на месте и больше не держится? Такая неисправность не обязательно означает, что мебель пора выбрасывать....

«Похороны» у ворон: что птицы на самом деле выясняют, когда собираются вокруг погибшего сородича

Если на газоне или обочине лежит погибшая ворона, вокруг неё иногда довольно быстро собираются другие. Они садятся на деревья и крыши, громко каркают, перелетают с места на место, а затем к ним...

Редкость из 1980-х: как кассетная магнитола Akai AJ-530 попала в СССР и стала предметом охоты коллекционеров

Японский бренд Akai в эпоху расцвета портативного аудио ассоциировался у любителей техники со стационарными кассетными и катушечными деками, а переносные магнитолы этой марки выходили ограниченными...

Почему яйца в магазине бывают грязными, почему их не моют на производстве и стоит ли этого бояться

Когда мы покупаем куриные яйца в магазине, нередко можем видеть на скорлупе следы помёта, перья или другие загрязнения. Почему такой продукт вообще допускается к продаже и не должны ли на...