Диадрон как элементарная частица¶

Диадрон — гипотетическая составная элементарная частица, представляющая собой связанное состояние двух барионов (чаще всего двух нуклонов) или, в более широком смысле, система из двух адронов, рассматриваемая как единый квантовомеханический объект. Термин образован от приставки «ди-» (два) и слова «адрон» — общее название частиц, участвующих в сильном взаимодействии. В физике элементарных частиц диадроны относятся к классу экзотических адронов: в отличие от обычных барионов (трёх кварков) и мезонов (кварк-антикварк), их внутренняя структура предполагает более сложную кварковую организацию. Существование устойчивых диадронов экспериментально не подтверждено, однако соответствующие связанные состояния активно исследуются как в теоретических моделях квантовой хромодинамики, так и в экспериментах на коллайдерах.

¶Определение и место в классификации

В стандартной классификации адронов выделяют барионы и мезоны. Диадрон занимает промежуточное положение: его можно описать как «молекулу» из двух барионов, удерживаемых остаточным сильным взаимодействием, аналогично тому, как атомное ядро дейтрона представляет собой связанное состояние протона и нейтрона. Строго говоря, дейтрон уже является простейшим примером системы двух барионов, но его обычно не называют диадроном, поскольку речь идёт о ядерной, а не о субъядерной связанной системе.

В более узком значении диадроном называют гипотетическую частицу, состоящую из шести кварков (гексакварк) либо из четырёх кварков и двух антикварков, которая ведёт себя как единое целое при взаимодействиях. Такие объекты предсказываются в рамках моделей сильного взаимодействия и относятся к категории многокварковых состояний.

¶Теоретические основы

Квантовая хромодинамика (КХД) — теория сильного взаимодействия — допускает существование цветосинглетных состояний с числом кварков больше трёх. Ограничений, запрещающих связанные состояния из шести кварков, в КХД нет: теория предсказывает лишь, что все наблюдаемые частицы должны быть бесцветными. Это открывает возможность для существования как гексакварков, так и адронных молекул.

Различают два основных механизма образования диадронов:

• Гексакварковое состояние — компактная система из шести кварков, удерживаемая глюонным обменом. Такая конфигурация напоминает увеличенный барион.
• Адронная молекула — слабо связанное состояние двух обычных барионов, удерживаемых дальнодействующей частью сильного взаимодействия (пионным обменом). Энергия связи в этом случае мала, а размеры системы велики по меркам ядерной физики.

Теоретические расчёты показывают, что часть предсказанных состояний может лежать вблизи порогов рождения пар барионов, что затрудняет их однозначную идентификацию.

¶История изучения

Интерес к многокварковым состояниям возник в 1960–1970-е годы, когда формировалась кварковая модель адронов. Первые серьёзные теоретические работы, допускавшие существование состояний из шести кварков, появились в рамках развития КХД. В 2003 году были обнаружены необычные мезоноподобные состояния (например, X(3872)), которые не укладывались в простую кварк-антикварковую схему; это возродило интерес к экзотическим адронам, включая диадроны.

Отдельное направление — поиск дибарионов (связанных состояний двух барионов) в ядерной физике. Эксперименты по рассеянию нуклонов и изучению лёгких ядер дают косвенные ограничения на существование таких систем.

¶Экспериментальные поиски

Поиск диадронов ведётся несколькими методами:

На сегодняшний день ни одно из заявленных состояний не получило статуса общепризнанного диадрона. Ряд наблюдений (в частности, в области экзотических мезонов) интерпретируется либо как многокварковые состояния, либо как кинематические эффекты.

¶Значение и перспективы

Изучение диадронов важно для проверки предсказаний КХД в непертурбативном режиме, где аналитические методы ограничены. Подтверждение существования таких состояний расширило бы понимание того, как кварки и глюоны формируют связанные системы, и уточнило бы границы применимости простых кварковых моделей.

Кроме того, диадроны связаны с астрофизическими вопросами: свойства плотной материи в нейтронных звёздах могут зависеть от возможности образования многокварковых и дибарионных состояний при сверхвысоких плотностях.

¶Смежные понятия

Близкими по смыслу являются термины «дибарион» (связанное состояние двух барионов), «гексакварк» (шестикварковая частица), «тетракварк» и «пентакварк» — другие примеры экзотических адронов. Все они объединяются общим понятием многокварковых состояний и исследуются в рамках физики высоких энергий.