ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 นักฟิสิกส์อนุภาคพบว่าพวกเขาหลงเข้าไปในป่า พวกเขาเผชิญกับกลุ่มอนุภาคที่น่าพิศวงที่เรียกว่าแฮดรอนซึ่งไม่เป็นไปตามรูปแบบที่มองเห็นได้ ในที่สุดก็สามารถทำให้ป่าฮาดรอนิกแห่งนี้เชื่องได้ด้วยการเสนอว่าฮาดรอนทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่เรียกว่าควาร์กผสมกัน: มีซอนประกอบด้วยควาร์กและแอนติควาร์ก ในขณะที่แบริออนมีควาร์กสามตัว นักฟิสิกส์บางคนพบว่า
สมมติฐาน
ที่เป็นตัวหนานี้ยากที่จะกลืนในตอนแรก แต่เป็นเวลาสี่ทศวรรษที่ “แผนร่างกาย” พื้นฐานทั้งสองนี้เพียงพอไม่มากก็น้อยที่จะรองรับฮาดรอนใหม่จำนวนมากที่ปรากฎในการทดลอง อย่างไรก็ตาม ตอนนี้ เรากำลังพบว่าสวนฮาดรอนที่ได้รับการดูแลอย่างใกล้ชิดนั้นเต็มไปด้วยการเติบโตใหม่ที่แปลกใหม่
ปีที่แล้ว นักวิจัยที่ทำงานเกี่ยวกับการทดลอง LEPS ที่ห้องปฏิบัติการ ในญี่ปุ่นได้ประกาศการค้นพบอนุภาคใหม่ที่เรียกว่า θ + (1540) ซึ่งไม่เป็นไปตามแผนของนักฟิสิกส์ได้คาดการณ์เกี่ยวกับอนุภาคดังกล่าว ซึ่ง “1540” แทนมวลของอนุภาคใน MeV เป็นครั้งคราว ในความเป็นจริง ความเป็นไปได้
ของอนุภาคแปลกใหม่ที่มีมวลดังกล่าวได้รับการแนะนำและเพื่อนร่วมงานที่สถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งปีเตอร์สเบิร์กในปี 1997 แม้ว่าสิ่งนี้จะขึ้นอยู่กับมุมมองที่ค่อนข้างแตกต่างจากที่อธิบายไว้ที่นี่ผล ได้รับการยืนยันอย่างรวดเร็วจากการทดลองอื่นๆ รวมถึงการทดลอง CLAS ที่ห้องทดลอง
ในเวอร์จิเนีย และการทดลอง ที่ห้องทดลอง ในมอสโก หลังจากนั้นไม่นาน การทำงานร่วมกัน ก็พบหลักฐานของกลุ่มอนุภาคที่หนักกว่าซึ่งดูเหมือนจะเป็นญาติสนิทของ θ +และในเดือนมีนาคมนี้ การทำงานร่วมกัน H1 ที่ห้องปฏิบัติการ ในฮัมบูร์กได้ค้นพบสิ่งที่อาจเป็นลูกพี่ลูกน้องที่แปลกใหม่กว่า
ของอนุภาคใหม่ คุณสมบัติพื้นฐานของอนุภาคเหล่านี้และวิธีการก่อตัวไม่เป็นที่รู้จัก อันที่จริงยังมีการถกเถียงกันอยู่ว่ามีอยู่จริงหรือไม่ การตีความที่เป็นที่นิยมอย่างหนึ่งคืออนุภาคใหม่ประกอบด้วยควาร์กสี่ตัวและแอนติควาร์กหนึ่งตัวในสถานะที่ถูกผูกไว้ ไม่ว่าภาพนี้จะถูกต้องหรือไม่ก็ตาม การตกลง
กับความเป็นไปได้
ของ “เพนทาควาร์ก” นั้นเป็นการเสนอข้อมูลเชิงลึกใหม่ที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับรายละเอียดปลีกย่อยของการปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง ความท้าทายที่แปลกใหม่ทุกคนเห็นพ้องกันว่าทฤษฎีพื้นฐานของปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งคือทฤษฎีสนามควอนตัมที่เรียกว่าโครโมไดนามิกควอนตัมหรือเรียกสั้นๆ ว่า
เป็นทฤษฎีที่น่าทึ่งในหลากหลายวิธี ประการแรก มันรวบรวมทั้งทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและกลศาสตร์ควอนตัมอย่างสม่ำเสมอ และการขยายไปสู่แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคด้วยไฟฟ้าก็เป็นทฤษฎีสนามควอนตัมเช่นกัน อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันดีว่า QED สามารถทำลายและพัฒนา
ความไม่สอดคล้องกันในระยะทางสั้นๆ ทฤษฎีสนามควอนตัมของแรงโน้มถ่วงที่เราได้รับจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปก็ประสบปัญหาเช่นเดียวกันนี้ ในรูปแบบที่รุนแรงยิ่งกว่า QCD มีเอกลักษณ์ตรงที่ไม่ประสบปัญหานี้ และด้วยเหตุนี้จึงเป็นการสร้างทฤษฎีธรรมชาติที่สมบูรณ์แบบที่สุดในเชิงตรรกะของเรา
ยังเป็นทฤษฎีที่สวยงาม สมการของมันมีระดับความสมมาตรที่ไม่ธรรมดาซึ่งเรียกว่าค่าความไม่แปรเปลี่ยนของมาตรวัดสี ซึ่งจะแก้ไขโครงสร้างของมันได้อย่างแม่นยำ ผลที่ตามมาคือ QCD ได้รับการนิยามไว้เป็นอย่างดี: ควาร์กมีปฏิสัมพันธ์กับกลูออน และกลูออนมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน
ในรูปแบบที่แน่นอน พารามิเตอร์จำนวนน้อยมาก ได้แก่ หนึ่งค่าความแข็งแรงของคัปปลิ้งสากลและหนึ่งมวลสำหรับควาร์กแต่ละชนิด ระบุ QCD ได้อย่างสมบูรณ์ เราไม่สามารถเปลี่ยนสมการได้ แต่อย่างใดโดยไม่ทำลายความสมมาตรและความสอดคล้องกันในท้ายที่สุด ซึ่งหมายความว่าการคาดการณ์
เชิงปริมาณ
ซึ่งโดยหลักการแล้วครอบคลุมปรากฏการณ์ทั้งหมดของการปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงนั้นไม่คลุมเครือ: ไม่มีปัจจัยเหลวไหล ในด้านเชิงประจักษ์ QCD ได้รับความเชื่อมั่นจากการทดสอบที่เข้มงวดนับพันครั้ง ตัวอย่างเช่น ผลลัพธ์ของการทดลองประเภทต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการวัดอิสระหลายร้อย
รายการสามารถตีความได้อย่างสอดคล้องกันภายใน QCD โดยใช้เฉพาะพารามิเตอร์ที่อธิบายถึงความแข็งแกร่งของการโต้ตอบ (รูปที่ 2) ความสำเร็จที่โดดเด่นอีกประการหนึ่งของ QCD คือการทำนาย “อิสระเชิงซีมโทติค” ซึ่งหมายความว่าความแข็งแรงของการควบรวมระหว่างควาร์กและกลูออน
ควรลดลงที่พลังงานสูงหรือเทียบเท่าในระยะทางสั้นๆ สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับความแข็งแรงของข้อต่อใน QED ซึ่งจะมีขนาดใหญ่ขึ้นในระยะทางสั้น ๆ แล้วปัญหาคืออะไร? พูดง่ายๆ ก็คือ สมการของ QCD นั้นแก้ได้ยากมาก ผลลัพธ์ที่โดดเด่นที่สุดของพวกมันคือควาร์กและกลูออนไม่สามารถปรากฏ
อย่างโดดเดี่ยวได้ แต่พวกมันจะถูกกักขังอยู่ในฮาดรอนเช่นโปรตอนและนิวตรอนตลอดไป คุณสมบัติที่แปลกประหลาดของ QCD นี้เกี่ยวข้องกับไดนามิกที่ซับซ้อนและไม่เชิงเส้นสูง แม้ว่าจะมีบางสถานการณ์ที่เราสามารถคาดการณ์เชิงปริมาณได้โดยตรงจากทฤษฎีพื้นฐาน เช่น ที่แสดงในรูปที่ 2
แต่ก็มีคำถามสำคัญทางกายภาพมากมายที่ไม่สามารถตอบได้ด้วยวิธีนี้ เราสามารถทำนายคุณสมบัติของควาร์กและกลูออนที่มีพลังได้อย่างดี และ “ไอพ่น” ของฮาดรอนที่พวกมันทิ้งไว้ อย่างไรก็ตาม เราพบว่าเป็นการยากที่จะอธิบายวิธีที่ควาร์กและกลูออนจับกันเป็นฮาดรอน เรามีช่วงเวลาที่ยากลำบาก
ในการคำนวณมวลและคุณสมบัติของอนุภาคที่คุ้นเคย เช่น โปรตอน นิวตรอน และไพออน จากหลักการข้อที่หนึ่ง และเรายังมีเวลาที่ยากยิ่งขึ้นไปอีกกับญาติของแบริออนและเมสันของอนุภาคเหล่านี้ สำหรับนิวเคลียสของอะตอม เราไม่ประสบความสำเร็จเลยในการคำนวณคุณสมบัติของนิวเคลียส
