Физики: столкновение кварков мощнее, чем термоядерный синтез

Ученые нашли первые намеки на то, что кварки, субатомные частицы, могут сливаться друг с другом и выделять в десятки раз больше энергии, чем производят реакции в недрах звезд, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

“Столкновения тетракварков должны приводить к выделению примерно 200 МэВ энергии, что примерно в 10 раз больше, чем порождают термоядерные реакции. На сегодняшний день у подобных реакций нет практического применения, так как частицы, в которых они могут происходить, живут крайне недолго. С другой стороны, все это указывает на возможность существования стабильной экзотической материи, состоящей из “прелестных” кварков”, — заявил Геральд Миллер (Gerald Miller), физик из университета Вашингтона в Сиэтле, комментируя открытие.

По современным представлениям, все элементарные частицы состоят из небольших объектов, которые физики называют кварками. Протоны, нейтроны и прочие “тяжелые” частицы, называемые барионами, содержат в себе три кварка. Их меньшие собратья, так называемые мезоны, содержат в себе два элемента – “обычный” кварк и антикварк, базовую составляющую антиматерии.

В принципе, существующие сегодня физические теории не исключают возможности того, что могут существовать элементарные частицы, состоящие из четырех и даже пяти кварков разного “цвета”. Относительно недавно ученые начали находить признаки существования таких частиц, тетракварков и пентакварков, следы существования которых были найдены на БАК и на коллайдере Тэватрон.

Их обнаружение, а также открытие экзотического кси-бариона, сверхтяжелой частицы с двойным положительным зарядом, заставили Марека Карлинера (Marek Karliner) и Джонатана Рознера (Jonathan Rosner), физиков-теоретиков из университета Тель-Авива и Чикаго, задуматься о том, как могут возникать подобные частицы и почему они остаются стабильными необычно долго.

Анализируя их свойства, ученые пришли к выводу, что тетракварки и кси-барионы должны формироваться в ходе столкновений других, относительно легких нестабильных элементарных частиц, во время которых кварки внутри них будут взаимодействовать друг с другом, “меняться местами”, терять энергию и образовать более тяжелые частицы.

К примеру, слияние двух лямбда-барионов, содержащих в себе один тяжелый и две легких кварка, будет приводить к рождению кси-барионов, содержащих в себе два тяжелых и один легкий кварк, и одного нейтрона, состоящего из трех легких кварков, а также выделению большого количества энергии.

Аналогичным образом, как отмечают физики, столкновение двух B-мезонов, частиц, которые сегодня считаются “окном” в мир “новой физики”, приведет к рождению тяжелых тетракварков и выделению аналогичного количества энергии, а также гамма-излучения.

Этот процесс, как отмечают ученые, является своеобразным аналогом термоядерных реакций в недрах Солнца и других звезд – водород, гелий и другие легкие элементы в их центре постоянно сталкиваются и объединяются в более тяжелые элементы, такие как кислород, литий, углерод или железо, попутно выделяя огромные количества энергии. Как правило, чем тяжелее кварки внутри сталкивающихся частиц, тем больше энергии будет выделяться при “термокварковой” реакции.

Практических, в том числе военных, применений у этого открытий пока нет, однако оно говорит о том, что во Вселенной теоретически могут существовать скопления экзотической, но при этом стабильной материи или частиц, почти полностью состоящих из b-кварков или других тяжелых субатомных частиц. Их открытие, как заключают ученые, может полностью перевернуть современные теории о рождении и эволюции Вселенной.