Наука и образование

ATLAS подтвердил существование тетракварков, состоящих из четырёх очарованных частиц

Эксперимент ATLAS, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), объявил об измерении парного рождения J/ψ-мезонов в протон-протонных взаимодействиях высоких энергий. В распределении по массе двух J/ψ-мезонов наблюдается неоднородность, которую интерпретируют как рождение промежуточного тетракваркового состояния. Этот результат, подтверждает наблюдение эксперимента LHCb, сделанное в 2020-м году.

В 2020-м году эксперимент LHCb сообщил о возможном наблюдении тетракварковых состояний при парном рождении J/ψ-мезонов. Используя всю статистику, накопленную в ходе первого и второго сеанса работы БАК, экспериментаторам удалось выделить более 33000 событий, в которых оба мезона распадались на μ⁺μ^–-пары. Распределение по массе для системы двух J/ψ-мезонов ожидалось гладким, однако, в массовом спектре наблюдается явная «нерегулярность». Статистическая значимость обнаруженного эффекта превышала пять стандартных отклонений. Одним из объяснений этого феномена было рождение промежуточного тетракваркового состояния, состоящего из четырёх очарованных кварков ( ).

Для любого измерения требуется независимая проверка. И вот на 41-м Международном конгрессе по физике высоких энергий (ICHEP-2021) эксперимент ATLAS представил свои измерения процессов парного образования J/ψ мезоновJ/ψэксперимент ATLAS представил свои измерения процессов парного образования J/ψ мезонов, полученные при энергии взаимодействия протонов 13 ТэВ. Использовалась вся статистика, набранная в ходе второго этапа работы БАК. Для выделения вклада J/ψ-мезонов (как и в эксперименте LHCb) использовался канал распада на пару мюонов: J/ψ → μ⁺μ^–.

Неоднородность, которую наблюдал эксперимент LHCb, также проявилась и в спектре, полученном коллаборацией ATLAS (см. рисунок 1). Для описания этого спектра использовалась гипотеза о существовании одного или нескольких промежуточных тетракварковых резонансов типа T_ψψ. При этом форма спектра оказалась таковой, что гипотеза о существовании сразу нескольких тетракварковых -состояний выглядит более предпочтительной.

Помимо системы, состоящей из двух J/ψ-мезонов, исследователи также изучали парное рождение системы J/ψ- и ψ(2S)-резонансов. Последний также регистрировался по распаду на два мюона. Массовый спектр системы J/ψ – ψ(2S) приведен на рисунке 2. В этом канале также наблюдается избыток событий, который можно описать при помощи двух резонансных структур. Статистическая значимость полученного указания составляет 4,6 стандартных отклонения.

Полученные результаты носят предварительный характер. Подробнее о процедуре анализа данных можно узнать из документа ATLAS, описывающего проведенное исследование.

В заключение следует отметить, что сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ принимают активное участие в работе экспериментов ATLAS и LHCb. В зону ответственности сотрудников Института входят системы регистрации мюонов обоих экспериментов. Стабильная работа этих систем в ходе первых двух экспериментальных сеансов БАК позволила получить эти интересные результаты.