Экзотическая шестикварковая частица, предсказанная суперкомпьютерами

Кварки — это фундаментальные строительные блоки материи. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, которые, в свою очередь, состоят из трех кварков каждый. Частицы, состоящие из трех кварков, вместе известны как барионы.

Впечатление художника от недавно предсказанного шестикваркового состояния (дибариона), состоящего из двух барионов. 

Ученые давно задумались о существовании систем, содержащих два бариона, которые известны как дибарионы. В природе существует только один дибарион — дейтрон, ядро ​​водорода, состоящее из протона и нейтрона, которые очень слабо связаны друг с другом. Проблески других дибарионов были обнаружены в экспериментах по ядерной физике, но их существование было очень мимолетным.

«Хотя дейтрон — единственный известный стабильный дибарион, может существовать гораздо больше дибарионов», — говорит Такуя Сугиура из Междисциплинарной программы теоретических и математических наук RIKEN. «Важно изучить, какие пары барионов образуют дибарионы, а какие нет, потому что это дает ценную информацию о том, как кварки образуют материю».

Квантовая хромодинамика — очень успешная теория, описывающая, как кварки взаимодействуют друг с другом. Но сильная связь, которая возникает между кварками в барионах, усложняет расчеты квантовой хромодинамики. Вычисления становятся еще более сложными при рассмотрении связанных состояний барионов, таких как дибарионы.

Теперь, вычислив силу, действующую между двумя барионами, каждый из которых содержит три очаровательных кварка (один из шести типов кварков), Сугиура и его сотрудники предсказали существование дибариона, который они назвали очарованием ди-Омега.

Для этого расчета команда решила квантовую хромодинамику с помощью крупномасштабных численных расчетов. Поскольку в расчетах участвовало огромное количество переменных, они использовали два мощных суперкомпьютера: компьютер K и суперкомпьютер HOKUSAI. «Нам очень повезло, что у нас был доступ к суперкомпьютерам, которые резко сократили стоимость и время выполнения расчетов», — говорит Сугиура. «Но нам все же потребовалось несколько лет, чтобы предсказать существование чар ди-Омеги».

Несмотря на сложность вычислений, очарование ди-Омега — простейшая система для изучения взаимодействий между барионами. Сугиура и его команда сейчас изучают другие очарованные адроны с помощью суперкомпьютера Fugaku, который является более мощным преемником компьютера K. «Нас особенно интересуют взаимодействия между другими частицами, содержащими очарованные кварки», — говорит Сугиура. «Мы надеемся пролить свет на тайну того, как кварки объединяются, чтобы сформировать частицы, и какие частицы могут существовать».