Барион – это составная субатомная частица, состоящая из трех валентных кварков и связанная глюонами посредством сильных взаимодействий. Самый известный барион – это протон, который вместе с электроном составляет атом водорода. Упрощенная картина протона представляет собой комбинацию двух верхних кварков и одного нижнего кварка.
В теории сильных взаимодействий существует шесть кварков с зарядом трех цветов каждый. Эта теория допускает любую комбинацию кварка и антикварка, а также любую комбинацию трех кварков в нейтральном по цвету состоянии, что приводит к появлению разновидностей субатомных частиц, называемых мезонами и барионами, соответственно.
Открытие многих мезонов и барионов с середины 20 века сыграло решающую роль в понимании природы сильных взаимодействий. Ожидается, что многие другие мезоны и барионы будут обнаружены в текущих экспериментах в ЦЕРНе и будущих экспериментах с высокими энергиями.
Эти недавно открытые барионы называются ?c-0 состоит из двух странных кварков и одного очаровательного кварка. Это возбужденные состояния ?c-0 барион, очень похожий на возбужденные состояния атома водорода. Квантовая хромодинамика (КХД), которая считается теорией сильных взаимодействий, является в высшей степени нелинейной теорией и может быть решена аналитически только при очень высоких энергиях, когда сила взаимодействий довольно мала.
На сегодняшний день нет аналитического решения КХД для получения свойств субатомных частиц, таких как протон и ?c. Это требует численной реализации КХД на пространственно-временных решетках, известной как решетчатая КХД (LQCD).
Методы LQCD могут описывать спектр субатомных частиц, а также их свойства, такие как константы распада. LQCD также играет решающую роль в понимании материи при высокой температуре и плотности, аналогичных условиям на ранних стадиях Вселенной.
В этой работе Падманат и Нильмани предсказали квантовые числа этих недавно открытых ?c-0 барионы, которые иначе не были экспериментально неизвестны.
Фактически, дипломная работа Падманата предсказала массы этих частиц за четыре года до их открытия. Используя самые современные методы LQCD и вычислительные ресурсы Департамента теоретической физики и Indian Lattice Gauge Theory Initiative (ILGTI), они выполнили точное и систематическое определение энергий и квантовых чисел для башни возбужденных состояний ?c-0 барионы. В этом исследовании их предсказанные результаты сравниваются с экспериментальными данными. Предсказанные квантовые числа этих частиц помогут понять свойства этих частиц, что, в свою очередь, поможет понять природу сильных взаимодействий.
С 2001 года Нильмани и его сотрудники предсказывали массы различных других субатомных частиц с различным содержанием кварков, некоторые из которых уже были обнаружены (после того, как они были предсказаны), а многие другие предположительно будут обнаружены в будущих экспериментах. Например, их предсказание массы бариона, состоящего из двух очаровательных кварков и легкого кварка, еще в 2001 году и уже в 2014 году было подтверждено открытием этой частицы 6 июля 2017 года коллаборацией LHCb.
Нильмани и Падманат вместе с другими физиками-теоретиками в TIFR в настоящее время изучают свойства различных субатомных частиц, особенно состоящих из тяжелых кварков, с помощью крупномасштабного компьютерного моделирования. Они используют вычислительные возможности высокопроизводительного вычислительного центра ILGTI в Balloon Facility, Хайдарабад, где находится суперкомпьютер Cray.
Результаты их работы помогут понять природу сильных взаимодействий во Вселенной.