글루볼

Glueball
입자물리학 표준모형
Up quarkCharm quarkTop quarkGluonHiggs bosonDown quarkStrange quarkBottom quarkPhotonElectronMuonTau (particle)Z bosonElectron neutrinoMuon neutrinoTau neutrinoW bosonStandard ModelFermionBosonQuarkLeptonScalar bosonGauge bosonVector bosonStandard Model of Elementary Particles.svg
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표준 모형의 소립자
배경
입자 물리학
표준 모델
양자장론
게이지 이론
자발적 대칭 깨짐
힉스 메커니즘
구성 요소
전약 상호작용
양자 색역학
CKM 매트릭스
표준 모형 수학
제한 사항
강력한 CP 문제
계층 문제
중성미자 진동
표준 모델을 뛰어넘는 물리
과학자
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입자 물리학에서 글루볼은 가상의 복합 [1]입자이다.원자가 쿼크 없이 글루온 입자로만 구성되어 있습니다.이러한 상태가 가능한 것은 글루온이 색전하를 띠며 서로 강한 상호작용을 경험하기 때문입니다.글루볼은 일반적인 중간자 [2]상태와 혼합되기 때문에 입자 가속기에서 식별하기가 매우 어렵습니다.순수 게이지 이론에서 글루볼은 스펙트럼의 유일한 상태이며 그 중 일부는 [3]안정적입니다.

이론적 계산에 따르면 글루볼은 현재의 충돌기 기술로 접근할 수 있는 에너지 범위 내에 존재해야 합니다.비록 현상학적 계산이 실험적으로 식별되 glueball 후보, f0(1710년){\displaystyle f_{0}(1710년)}표시, 성질의 예상과 일치한다고 제안해 하지만, 그 앞서 어려움( 다른 사람들 사이에서)때문에, 그들은 지금까지 그리고 certainty,[4]으로 관측되지 않았다. a표준 모델 글루볼.[5]

글루볼이 존재한다는 예측은 아직 [6]실험적으로 확인되지 않은 입자물리학 표준모형의 가장 중요한 예측 중 하나이다.글루볼은 접지 상태에서 2 또는 3일 수 있는 총 각운동량(J)(때로는 "내부 스핀"이라고도 함)을 가진 표준 모델에 의해 예측되는 유일한 입자입니다.

2021년 LHC의 TOTEM 협업에 의해 오데론(홀수 C-패리티를 가진 복합 글루온 입자) 교환의 페르미랍에서 이전 테바트론 충돌기의 Dö 협업에 의해 실험 증거가 발표되었다.쿼크리스 3 글루온 벡터 글루볼과 관련된 이 교환은 양성자-양성자 및 양성자-반양성자 [7][8][9]산란 비교에서 확인되었다.

특성.

이론적으로 글루볼의 모든 특성은 더 이상의 실험적인 입력 없이 양자색역학(QCD)의 방정식과 기본물리상수로부터 정확히 계산되고 직접 도출되는 것이 가능하다.따라서 이러한 가설 입자의 예측 특성은 이론 물리학 문헌에서 폭넓게 받아들여지고 있는 표준 모형 물리학만을 사용하여 정교하게 설명할 수 있습니다.그러나, 일부 관련 핵심 물리 상수의 측정에는 상당한 불확실성이 있으며, QCD 계산은 너무 어려워서 이러한 방정식에 대한 해답은 거의 항상 수치 근사치이다(몇 가지 매우 다른 방법을 사용하여 계산).이로 인해 글루볼 붕괴의 질량 및 분기 비율과 같은 글루볼 특성에 대한 이론적 예측이 달라질 수 있습니다.

성분 입자 및 색전하

글루볼에 대한 이론적 연구는 각각 2개의 쿼크와 3개의 쿼크를 가진 중간자와 바리온에 비유하여 2개의 글루온 또는 3개의 글루온으로 구성된 글루볼에 초점을 맞추고 있다.중간자와 바리온의 경우와 마찬가지로 글루볼은 QCD 색전하 뉴트럴입니다.글루볼의 중입자 수는 0입니다.

총각 운동량

이중 글루온 글루볼은 총 각운동량 J = 0(스칼라 또는 의사 2차) 또는 J = 2(스칼라)를 가질 수 있다.트리플 글루온 글루볼은 총 각운동량 J = 1(3차 텐서 보손) 또는 3(3차 텐서 보손)을 가질 수 있다.모든 글루볼은 페르미온이 아닌 보손이라는 것을 암시하는 정수 총 각운동량을 가지고 있다.

글루볼은 J = 0과 J = 1의 질량을 가진 두 쿼크로 이루어진 중간자가 관측되었고 다른 중간자의 들뜬 상태가 토타의 값을 가질 수 있지만, 총 각운동량(J ) (때로는 "스위치 스핀"이라고도 함)으로 표준 모델에 의해 예측된 유일한 입자이다.l 각운동량

전하

글루온 자체에는 전하가 없기 때문에 모든 글루볼은 0의 전하를 가집니다.

질량과 패리티

글루볼은 표준 모델에서 글루온 자체의 정지 질량이 0이라는 사실에도 불구하고 양자 색역학에 의해 질량이 클 것으로 예측됩니다.모든 가능한 총 각운동량에 대해 양자수 P(공간적 패리티)와 C(전하 패리티)의 모든 가능한 네 가지 조합을 가진 글루볼이 고려되어 동일한 양자수를 공유하지만 질량이 다른 들뜬 글루볼 상태를 포함하여 적어도 15개의 가능한 글루볼 상태를 생성합니다.1.4 GeV/c2(양자 번호 J = 0, P = +1, C = +1, 또는 동등하게 PC J++ = 0인 글루볼의 경우), 그리고 거의 5 GeV/c2(양자 번호 J = 0인 글루볼의 경우), P = +1, C = 1 또는 PC J = 1인 글루볼의 경우)의 질량이 가장 무거운 상태.

이러한 질량은 타우 렙톤, 참 쿼크, 바닥 쿼크, 수소 동위원소, 헬륨 동위원소 등의 질량과 실험적으로 관측된 중간자와 바리온의 질량과 같은 크기입니다.

안정성 및 붕괴 채널

양성자를 제외한 모든 표준 모델 중간자와 중입자가 격리되어 불안정하듯이, 다양한 QCD 계산으로 다양한 글루볼 상태에 대한 총 붕괴 폭(기능적으로 반감기와 관련이 있음)을 예측하면서 표준 모델에 의해 모든 글루볼이 격리되어 불안정할 것으로 예측됩니다.QCD 계산은 글루볼의 [10][11]예상 붕괴 패턴에 대해서도 예측합니다.예를 들어, 글루볼은 복사 또는 두 개의 광자 붕괴를 가지지 않지만 파이온 쌍, 카이온 쌍 또는 에타 중간자 [10]쌍으로 붕괴될 것이다.

거시적 저에너지 물리학에 대한 실질적인 영향

2파이온(
θ
)으로 분해되는 글루볼(G)의 파인만 다이어그램입니다.이러한 부식은 [12]글루볼을 연구하고 찾는 데 도움이 된다.

표준 모델 글루볼은 매우 단시간적이고(거의 즉시 더 안정적인 붕괴 생성물로 감소) 높은 에너지 물리학에서만 생성되기 때문에 글루볼은 인간이 쉽게 관찰할 수 있는 자연 조건에서만 합성적으로 발생합니다.그것들은 대부분 표준 모델의 테스트 가능한 예측이기 때문에 과학적으로 주목받으며, 거시적 프로세스나 그 엔지니어링 애플리케이션에 대한 현상학적 영향 때문이 아닙니다.

격자 QCD 시뮬레이션

격자 QCD는 글루볼 스펙트럼을 이론적으로 그리고 제1원칙에서 연구할 수 있는 방법을 제공한다.격자 QCD 방법을 사용하여 계산한 최초의 수량 중 일부는 글루볼 질량 [13]추정치였다.Morningstar와 Peardon은[14] 1999년에 동적 쿼크가 없는 QCD에서 가장 가벼운 글루볼의 질량을 계산했습니다.가장 낮은 세 개의 상태를 아래에 나타냅니다.동적 쿼크가 존재하면 이러한 데이터가 약간 변경될 수 있지만 계산을 더 어렵게 만들 수도 있습니다.QCD(latice and sum rule) 내의 시간 계산에서는 가장 가벼운 글루볼이 약 1000~1700MeV/[4]c2 범위의 스칼라임을 알 수 있습니다.들뜸을 포함한 스칼라 및 의사 스칼라 글루볼의 격자 예측은 양-밀스 [15]이론의 다이슨-슈윙거/베테-살페터 방정식에 의해 확인되었다.

J PC 덩어리
0++ 1730±80MeV/c2
2개++ 2400±120MeV/c2
0−+ 2590±130MeV/c2

실험 후보

입자 가속기 실험은 불안정한 복합 입자를 식별하고 그 입자에 약 10MeV/c의2 정밀도로 질량을 할당할 수 있지만, 그 입자의 모든 성질을 즉시 확인할 수는 없습니다.일부 실험에서는 검출되었지만 다른 실험에서는 검출되지 않은 미립자가 검출되었다.글루볼이 될 수 있는 후보 입자 공명에는 다음과 같은 것이 포함된다.

벡터, 의사 벡터 또는 텐서 글루볼 후보

  • BaBar 협업에 의해 관찰된 X(3020)는 질량이 약 3.02GeV2/[6]c인 J = 2−+, 1+− 또는 PC−− 1 글루볼 상태의 들뜸 상태에 대한 후보이다.

스칼라 글루볼 후보

  • f(500) - 이 입자의 특성은 질량 1000MeV2/c 또는 1500MeV2/[4]c의 글루볼과 일치할 수 있습니다0.
  • f0(980) – 이 복합 입자의 구조는 가벼운 글루볼의 [4]존재와 일치합니다.
  • f0(1370) – 이 공명의 존재는 논란의 여지가 있지만 글루볼-메손 혼합[4] 상태의 후보이다.
  • f0(meton) – 이 공명의 존재는 논란의 여지가 없지만 글루볼-메손 혼합 상태 또는 순수 글루볼로서의 지위는 잘 [4]확립되지 않았다.
  • f0(1710) – 이 공명의 존재는 논란의 여지가 없지만 글루볼-메손 혼합 상태 또는 순수 글루볼로서의 지위는 잘 [4]확립되지 않았다.

기타 후보

  • LEP 실험의 글루온 제트는 글루볼과 같은 글루온이 풍부한 환경에서 예상되는 전자적 중성 입자가 [4]존재할 가능성이 높은 전자적 중성 클러스터의 이론적 기대치에 비해 40% 초과된 것으로 나타났다.

이들 후보자 중 상당수는 적어도 18년 [10]동안 적극적인 조사 대상이 되어 왔다.글루X 실험은 글루볼에 [16]대한 보다 확실한 실험 증거를 만들기 위해 특별히 고안되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 프랭크 클로즈 및 필립 R. 페이지, "글루볼", Scientific American, 제279권 제5호(1998년 11월) 80-85쪽
  2. ^ Vincent Mathieu; Nikolai Kochelev; Vicente Vento (2009). "The Physics of Glueballs". International Journal of Modern Physics E. 18 (1): 1–49. arXiv:0810.4453. Bibcode:2009IJMPE..18....1M. doi:10.1142/S0218301309012124. S2CID 119229404. 글루볼은 arxiv.org에 게재
  3. ^ Shuryak, E. (2021). "9". Nonperturbative Topological Phenomena in QCD and Related Theories. Springer. p. 233. ISBN 978-3030629892.
  4. ^ a b c d e f g h i Wolfgang Ochs (2013). "The status of glueballs". Journal of Physics G. 40 (4): 043001. arXiv:1301.5183. Bibcode:2013JPhG...40d3001O. doi:10.1088/0954-3899/40/4/043001. S2CID 73696704.
  5. ^ Frederic Brünner; Anton Rebhan (2015-09-21). "Nonchiral Enhancement of Scalar Glueball Decay in the Witten–Sakai–Sugimoto Model". Phys. Rev. Lett. 115 (13): 131601. arXiv:1504.05815. Bibcode:2015PhRvL.115m1601B. doi:10.1103/PhysRevLett.115.131601. PMID 26451541. S2CID 14043746.
  6. ^ a b Hsiao, Y.K.; Geng, C.Q. (2013). "Identifying glueball at 3.02 GeV in baryonic B decays". Physics Letters B. 727 (1–3): 168–171. arXiv:1302.3331. Bibcode:2013PhLB..727..168H. doi:10.1016/j.physletb.2013.10.008. S2CID 119235634.
  7. ^ D0 collaboration†; TOTEM Collaboration‡; Abazov, V. M.; Abbott, B.; Acharya, B. S.; Adams, M.; Adams, T.; Agnew, J. P.; Alexeev, G. D.; Alkhazov, G.; Alton, A. (2021-08-04). "Odderon Exchange from Elastic Scattering Differences between $pp$ and $p\overline{p}$ Data at 1.96 TeV and from $pp$ Forward Scattering Measurements". Physical Review Letters. 127 (6): 062003. arXiv:2012.03981. doi:10.1103/PhysRevLett.127.062003. hdl:10138/333366. PMID 34420329. S2CID 237267938.
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  9. ^ Csörgő, T.; Novák, T.; Ster, A.; Szanyi, I. (23 February 2021). "Evidence of Odderon-exchange from scaling properties of elastic scattering at TeV energies". The European Physical Journal C. Springer Nature Switzerland AG. 81 (180): 180. arXiv:1912.11968. Bibcode:2021EPJC...81..180C. doi:10.1140/epjc/s10052-021-08867-6. ISSN 1434-6052.
  10. ^ a b c Taki, Walter (1996). "Search for Glueballs" (PDF). Stanford Linear Accelerator. Stanford University.
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  12. ^ T. Cohen; F. J. Llanes-Estrada; J. R. Pelaez; J. Ruiz de Elvira (2014). "Non-ordinary light meson couplings and the 1/Nc expansion". Physical Review D. 90 (3): 036003. arXiv:1405.4831. Bibcode:2014PhRvD..90c6003C. doi:10.1103/PhysRevD.90.036003. S2CID 53313057.
  13. ^ B. 버그su(2) 격자 게이지 이론에서의 플라켓-플라켓 상관.신체, B97:401, 1980년
  14. ^ Colin J. Morningstar; Mike Peardon (1999). "Glueball spectrum from an anisotropic lattice study". Physical Review D. 60 (3): 034509. arXiv:hep-lat/9901004. Bibcode:1999PhRvD..60c4509M. doi:10.1103/PhysRevD.60.034509. S2CID 18787544.
  15. ^ M. Huber, C. S. Fischer, H. Sanchis-Alepuz, 기능적 방법의 스칼라 및 의사 스칼라 글루볼 스펙트럼.Eur.Phys.J.C 80 (2020) 11, 1077
  16. ^ "The Physics of GlueX".