Горизонты научного поиска

Теоретические и экспериментальные перспективы

в физике ароматных адронов, кваркония и
мультикварковых состояний

Одной из первостепенных задач адронной физики является изучение природы самих адронов. Поэтому основная цель исследований связана с двумя фундаментальными вопросами: из чего состоят адроны и как они рождаются в рамках КХД, сильновзаимодействующей компоненты Стандартной модели? Адронная спектроскопия - полезный и проверенный временем инструмент для понимания КХД. Экспериментальные исследования структуры и спектра адронов в процессах адрон-адронного рассеяния, фотон-, мезон- и электронного рождения из нуклонов на соответствующих установках привели к огромному росту данных, которые значительно улучшили наши знания о спектре барионов и мезонов, установив при этом существование новых форм материи. Несмотря на это, многие обнаруженные состояния остаются загадочными и не находят однозначной интерпретации в рамках существующих теоретических моделей. Это стимулирует дальнейшие поиски, идеи и подходы для выяснения их природы. Существующие экспериментальные установки, такие как BES III, Belle II и LHCb, а также строящиеся: FAIR, NICA и модернизированная версия J-PARC, - представляют собой подходящие инструменты для достижения указанной цели.

Исследование тяжелых ароматных адронов и чармоний-подобных состояний - одно из наиболее актуальных и перспективных направлений в современной физике элементарных частиц. Именно очарованный кварк располагается в не совсем благоприятной области масс, поскольку не является ни легким кварком, для которого оправдана цветовая симметрия, ни достаточно тяжелым для того, чтобы можно было использовать проверенную теорему факторизации, как в случае прелестного кварка. Это привело к появлению различных моделей для описания спектра тяжелых адронов, их распадов, осцилляций и формфакторов, среди которых релятивистские кварковые модели, правила сумм КХД, эффективные кварковые подходы, КХД на решетке, непертурбативные подходы, такие как уравнения Дайсона-Швингера и Бете-Солпитера, модели Намбу-Йона-Лазинио, а также эффективные лагранжианы и модели связанных каналов.

С другой стороны, эксперименты по адронной спектроскопии находились в центре внимания физики прошлого столетия. Их результаты привели, например, к развитию квантовой механики и атомной физики, а также кварковой модели. Однако если бы мы действительно понимали сильное взаимодействие, адронная спектроскопия казалась бы скорее скучным, чем перспективным занятием. В действительности дело обстоит наоборот: в то время как экспериментальные и теоретические исследования становятся более утонченными и сложными, количество нерешенных проблем увеличивается. Даже, казалось бы, хорошо изученные, на первый взгляд, состояния с тяжелыми кварками продолжают преподносить множество сюрпризов. Это указывает на то, что наше понимание динамики взаимодействия на больших расстояниях все еще находится на довольно примитивной стадии, и нам еще многое предстоит узнать из будущих экспериментов по спектроскопии.

В частности, новые формы материи, такие как мультиварковые состояния, глюболы или гибриды, способны углубить наши знания о сильном взаимодействии и адронной материи. В этом смысле будущие экспериментальные установки FAIR и модернизированная версия J-PARC будут служить не только XYZ-фабрикой, производящей множество неуловимых состояний, таких как X(3872) или Zc(3900)±, но и многих других с беспрецедентной статистикой. Физика D-мезонов также продолжит свое развитие, поскольку квантовые числа D*(2300), D0*(2317), D1*(2420) и Ds1*(2536) мезонов, например, до сих пор ожидают экспериментального подтверждения и являются объектом повышенного интереса для экспериментов BES III и PANDA. Высокая разрешающая способность будущих экспериментальных установок позволит выполнить прецизионные измерения линейных размеров этих частиц, в конечном счете выявляя их истинную природу, а именно, являются ли они мезонами, тетракварками или адронными молекулами. С другой стороны, структура адронов и процесс их формирования подразумевают еще более глубокий вопрос о том, как в действительности реализуется конфайнмент в КХД. Задачу можно поставить и иначе: при каких условиях реализуется деконфайнмент, используя в качестве параметров температуру и плотность. С этой целью существующие коллайдеры тяжелых ионов и будущие коллайдеры, такие как NICA, представляют собой основной источник, который может пролить истинный свет на фазовую диаграмму и деконфайнмент.

Несколько лет назад был подписан меморандум о взаимопонимании между Объединенным институтом ядерных исследований (ОИЯИ) и Европейским центром теоретических исследований в области ядерной физики и смежных областях (ECT*, Италия). ECT* обеспечивает целенаправленную и структурированную научную деятельность в мировом научном сообществе. Это способствует координации усилий в области ядерной и адронной физики, а также смежных областях. В соответствии с меморандумом два института будут искать дальнейшие пути сотрудничества в области научных исследований.

В 2019 году ученый совет ECT* совместно с директором центра профессором Йохеном Вамбахом приняли решение провести международное рабочее совещание по этой важной и актуальной тематике под названием "Теоретические и экспериментальные перспективы в физике ароматных адронов, кваркония и мультикварков", которое намечено провести с 30 августа по 3 сентября 2021 года.

Ученый совет ECT* утвердил международный организационный комитет. Чтобы познакомить широкую аудиторию с тематикой предстоящих совещаний, ECT* предложил серию презентаций в стиле коллоквиумов. Записанная презентация, связанная с тематикой совещания, доступна по ссылке https://youtu.be/XweiOIq6vIA. В ходе совещания будут рассмотрены следующие разделы, балансирующие теоретические и экспериментальные проблемы, - адронизация, эффективные теории тяжелого кваркония, спектр тяжелых адронов, мультикварки и экзотика, взаимодействие очарованных мезонов с ядерной материей, тяжелые мезоны и КХД на решетке, рождение и распад тяжелых адронов, столкновения адронов и тяжелых ионов.

Основная цель данного рабочего совещания - объединить усилия известных теоретиков и экспериментаторов для непосредственного общения и дальнейшего решения поставленных задач. Это прекрасная возможность познакомиться с новыми идеями и обсудить самые популярные разделы физики с экспертами, что особенно ценно для молодых ученых и начинающих специалистов.

Михаил БАРАБАНОВ,
Александр ВОДОПЬЯНОВ,
Адам КИЩЕЛЬ