الاسم: سعود رأفت عطية

الأستاذ المشرف: أ.مريم قديرات

في فيزياء الجسيمات، تعدّ  كرة الغراء (GlueBall) (أيضًا gluonium، gluon-ball) جسيمًا افتراضيًا مركبًا، [1]وهو يتألف فقط من جزيئات غلون، بدون كواركات التكافؤ. مثل هذه الحالة ممكنة لأن الغلونات تحمل شحنة لونية وتجربة التأثر القوي فيما بينها.

من الصعب تحديد هذه الكرات في مسرعات الجسيمات؛ لأنها تختلط مع الميزونات بالحالة العادية. [2]

توضح الحسابات النظرية أنه يجب وجود جزيئات كرات الغراء( GlueBall ) في نطاقات طاقة يمكن الوصول إليها باستخدام تقنية المصادم الحالية.

ومع ذلك، بسبب الصعوبة المذكورة أعلاه (من بين أمور أخرى)، لم يتم ملاحظتها حتى الآن وتحديدها على وجه اليقين[3]على الرغم من أن العمليات الحسابية الظاهرية قد اقترحت أن مرشح كرة الغراء المحدد تجريبيا، والمشار إليه بالمعادلة :

 F0(1710) لديه خصائص تتوافق مع تلك المتوقعة من كرة الغراء النموذجية القياسية. [4]

يعد التنبؤ بوجود كرات الغراء ( GlueBall ) أحد أهم التنبؤات للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات التي لم يتم تأكيدها تجريبياً بعد. [5]كرات الغراء هي الجسيمات الوحيدة التي تنبأ بها النموذج القياسي مع الزخم الزاوي الكلي (J)

(تسمى في بعض الأحيان “intrinsicspin”) التي يمكن أن تكون إما 2 أو 3 في حالاتها الأرضية.

الخصائص

من حيث المبدأ، يمكن من الناحية النظرية حساب جميع خواص كرات الغراء بدقة واستخلاصها مباشرةً من المعادلات والثوابت الفيزيائية الأساسية للديناميكيات الكمومية (QCD) دون مزيد من المدخلات التجريبية.

لذلك يمكن وصف الخصائص المتوقعة لهذه الجسيمات الافتراضية بتفاصيل رائعة باستخدام فقط فيزياء النموذج القياسي التي تحظى بقبول واسع في الأدب النظري للفيزياء.

ولكن هناك قدر كبير من عدم اليقين في قياس بعض الثوابت الفيزيائية الرئيسية ذات الصلة، وحسابات QCD صعبة للغاية لدرجة أن حلول هذه المعادلات تقريبًا دائمًا تقريبية (وصلت إليها عدة منهجيات مختلفة جدًا).

هذا يمكن أن يؤدي إلى تباين في التنبؤات النظرية لخصائص كرة الغراء مثل الكتلة والنسب المتفرعة في انحسار الكرة .

الجسيمات المكونة والشحنة اللونية

ركزت الدراسات النظرية لكرات الغراء على كرات الغراء المكونة إما من اثنين من الغلونات أو ثلاثة من الغلونات، عن طريق القياس على الميزونات والباريونات التي تحتوي على اثنين وثلاث كواركات على التوالي.

كما هو الحال بالنسبة للميزونات والباريونات، فإن كرات الصمغ ستكون شحنة QCD لون محايد.

كما يجب الإشارة إلى أن عدد الباريون لكرة الغراء هو صفر.

الزخم الزاوي الكلي

اثنين من غلون كرات الغراء ( GlueBall )يمكن أن يكون لديها قوة دفع زاوي إجمالي (J) تساوي 0 (وهي عددية أو عددية زائفة) أو 2 (tensor).

يمكن أن يكون لثلاث غلون كرات الغراء( GlueBall ) زخم زاوي إجمالي (J) يساوي 1 (vector boson) أو 3.

جميع كرات الغراء لها زخم إجمالي صحيح مما يعني أنها بوزونات وليست فرميونات.

كرات الغراء هي الجسيمات الوحيدة التي تنبأ بها النموذج القياسي مع الزخم الزاوي الكلي (J)

(تسمى أحيانًا “intrinsic spin”) والتي يمكن أن تكون إما 2 أو 3 في حالاتها الأرضية ،

على الرغم من أن ميزونات مصنوعة من كواركين مع J = 0 و J = 1 مع كتل مماثلة قد لوحظت

ويمكن للحالات متحمس ميزون الأخرى لديها هذه القيم من الزخم الزاوي الكلي.

يمكن تمييز الجسيمات الأساسية ذات الحالات الأرضية التي لها J = 0 أو J = 2 بسهولة عن كراتglueballs.

إن الجرافيت الافتراضي، مع وجود زخم زاوي إجمالي J = 2 سيكون بلا كتلة ويفتقر إلى شحنة اللون ،

 وبالتالي يمكن تمييزه بسهولة عن كرات glueballs

النموذج القياسي (Higgs boson) الذي تم تحديد كتلة قياسه تجريبيًا حوالي 125–126 GeV / c2 هو الجسيم الأساسي الوحيد مع J = 0 في النموذج القياسي.كما أنه يفتقر إلى شحنة اللون وبالتالي لا يشارك في تفاعلات القوة القوية، لكن بوزونهيغز يتراوح ما بين 25 إلى 80 ضعف وزن كتلة (GLUEBALL) التي تنبأ بها النموذج القياسي.

الشحنة الكهربائية

سيكون لجميع الكرات (GlueBall) شحنة كهربائية بقيمة صفر لأن الغلونات نفسها لا تحتوي على شحنة كهربائية.

الكتلة والتكافؤ

(Glueballs) تتنبأ بالديناميكيات الكمومية أن تكون ضخمة، على الرغم من حقيقة أن الغلونات نفسها لها كتلة صفرية في النموذج القياسي، تم النظر في (Glueballs) مع التركيبات الأربعة المحتملة من الأرقام الكمية P (parity) و C (c-parity) لكل زخم زاوي إجمالي محتمل، مما ينتج عنه ما لا يقل عن خمس عشرة حالة GlueBall محتملة بما في ذلك حالات GlueBall مثارة تشترك في نفس أرقام الكم ولكن لديها كتل مختلفة مع أخف الحالات التي تحتوي على كتل منخفضة تصل إلى 1.4 GeV / c2 (للكرة ذات الأعداد الكمومية J = 0 ، P = + ، C = +)، وأثقل حالات لها كتل أكبر من 5 GeV / c2 تقريبًا (بالنسبة للكرة ذات أرقام كمية J = 0 ، P = + ، C = -. ) [3]

تأثير عملي على الفيزياء منخفضة الطاقة العيانية
لأن النموذج القياسي (GlueBall) سريع الزوال (يتحلل على الفور تقريبًا إلى منتجات أكثر تسوسًا ثباتًا) وينتج فقط في فيزياء الطاقة العالية، (GlueBall) تنشأ فقط صناعيا في الظروف الطبيعية الموجودة على الأرض والتي يمكن للإنسان مراقبتها بسهولة.

وهي معروفة بشكل علمي في الغالب لأنها قابلة لاختبار النموذج القياسي ، وليس بسبب التأثير الهائل على العمليات العيانية أو تطبيقاتها الهندسية.

محاكاة شبكة QCD
توفر شبكةQCD طريقة لدراسة طيف (GlueBall) من الناحية النظرية ومن المبادئ الأولى بعض الكميات الأولى المحسوبة باستخدام طرق شبكةQCD (في عام 1980) لحساب تقديرات كتلة (GlueBall). [9]، فقام كل من Morningstar و Peardon [10]  في عام 1999 باحتساب كتل (GlueBall) الأخف في QCD دون الكواركات الديناميكية، حيث يتم جدولة الحالات الثلاث الأدنى أدناه، وسيؤدي وجود الكواركات الديناميكية إلى تغيير هذه البيانات بشكل طفيف، ولكنه يجعل الحسابات أكثر صعوبة، فمنذ ذلك الوقت وجدت الحسابات داخل QCD أن الكرة   (GlueBall) الأخف وزناً هي مجموعة ذات كتلة في حدود حوالي 1000-1700 ميجا فولت. [3]

Mass
J

1730 ±80 MeV

0++
2400 ±120 MeV
2++
2590 ±130 MeV
0-+

الاختبارات المرشحة

غالبًا ما تكون تجارب مسرّع الجسيمات قادرة على تحديد الجسيمات المركبة غير المستقرة وتعيين كتل لتلك الجسيمات بدقة تقارب 10 MeV / c2 ، دون أن تكون قادرًا على التعيين الفوري لرنين الجسيمات الذي يتم ملاحظته لجميع خصائص ذلك الجسيم، وقد تم اكتشاف عشرات من هذه الجسيمات، على الرغم من أن الجسيمات المكتشفة في بعض التجارب دون غيرها يمكن اعتبارها مشكوك فيها، أو بعض من صدى الجسيمات المرشحة التي يمكن أن تكون (GlueBall) ، على الرغم من أن الأدلة ليست نهائية ، تشمل ما يلي:

المتجهات ، ناقلات الكاذبة

X(3020)التي لاحظها (BaBar) التعاون هو مرشح لحالة المتهيجة من الحالات 2− + ، 1 + – أو 1—

(GlueBall) مع كتلة حوالي 3.02 GeV / c2[5]

 اعداد (GlueBall) المرشحة

f0(500) / تُعرف أيضًا باسم σ – ربما تكون خصائص هذا الجسيم متناسقة مع كتلة(glueball) 1000 MeV أو 1500 MeV [3]
f0(980) / هيكل هذا الجسيم المركب يتسق مع وجود ضوء (GlueBall). [3]
f0(1370)  /وجود هذا المرشح هو موضع نزاع ،لكنه مرشح لحالةالخليط ل(glueball-meson)[3]
f0(1500) / لا جدال في وجود هذا الرنين ، لكن لم يثبت وجوده بحالة الخليط ل(glueball-meson) أو ككرة (glueball) نقية[3]
f0(1710) / / لا جدال في وجود هذا الرنين ، لكن لم يثبت وجوده بحالة الخليط ل(glueball-meson) أو ككرة (glueball) نقية[3]

مرشحات أخرى

نفث الجلونات في تجربة LEP تظهر زيادة بنسبة 40% خلال التوقعات النظرية للتجمعات المحايدة الكهرومغناطيسية التي تشير إلى أن الجزيئات المحايدة الكهرومغناطيسية المتوقعة في البيئات الغنية بالغلون مثل (GlueBall

المصادر

  1. FrankClose and Phillip R. Page, “Glueballs”, Scientific American, vol. 279 no. 5 (November 1998) pp. 80–85
    (November 1998) pp. 80–85
  2. Vincent Mathieu; Nikolai Kochelev; Vicente Vento (2009). “The Physics of Glueballs”. International Journal of Modern Physics E. 18: arXiv:0810.4453. Bibcode:2009IJMPE..18….1M. doi:10.1142/S0218301309012124. Glueball on arxiv.org
  3.  Jump up to:a b c d e f g h i Wolfgang Ochs (2013). “The status of glueballs” (PDF). Journal of Physics G. 40 (4): 043001. arXiv:1301.5183. Bibcode:2013JPhG…40d3001O. doi:10.1088/0954-3899/40/4/043001.
  4. Frederic Brünner; Anton Rebhan (2015-09-21). “Nonchiral Enhancement of Scalar Glueball Decay in the Witten-Sakai-Sugimoto Model”. Phys. Rev. Lett. 115 (13): 131601. arXiv:1504.05815. Bibcode:2015PhRvL.115m1601B. doi:10.1103/PhysRevLett.115.131601. PMID 264515
  5. Jump up to:a b Y.K. Hsiao, C.Q. Geng, “Identifying Glueball at 3.02 GeV in Baryonic B Decays” (Version 2: October 9, 2013) https://arxiv.org/abs/1302.3331
  6.  Jump up to:a b c Walter Taki, “Search for Glueballs” (1996) http://www.slac.stanford.edu/cgi-wrap/getdoc/ssi96-006.pdf
  7. See, e.g., Walaa I. Eshraim, Stanislaus Janowski, “Branching ratios of the pseudoscalarglueball with a mass of 2.6 GeV”, prepared for Proceedings of Confinement X – Conference on Quark Confinement and the Hadron Spectrum (Munich/Germany, 8–12 October 2012) (pre-print published January 15, 2013) https://arxiv.org/abs/1301.3345
  8. T. Cohen; F. J. Llanes-Estrada; J. R. Pelaez; J. Ruiz de Elvira (2014). “Non-ordinary light meson couplings and the 1/Nc expansion”. Physical Review D. 90. arXiv:1405.4831. Bibcode:2014PhRvD..90c6003C. doi:10.1103/PhysRevD.90.036003.
  9. B. Berg. Plaquette-plaquette correlations in the su(2) lattice gauge theory. Phys. Lett., B97:401, 1980.
  10. Colin J. Morningstar; Mike Peardon (1999). “Glueball spectrum from an anisotropic lattice study”. Physical Review D. 60 (3): 034509. arXiv:hep-lat/9901004. Bibcode:1999PhRvD..60c4509M. doi:10.1103/PhysRevD.60.034509 “ThePhysicsofGlueX”.