Пресс-центр

Ещё одна частица найдена на БАК

Эксперимент LHCb, проводящийся на Большом адронном коллайдере (БАК), объявил об обнаружении новой частицы. Физики считают, что открыто новое состояние чармония – системы, состоящей из с и анти-с кварков.

В прошлой заметке мы сообщали об обнаружении экспериментом CMS сигналов от распадов B_c(2S)-мезонов – частиц, состоящих из b кварка и анти-с кварка (или наоборот).

Во вторник, на проходящей в Новосибирске конференции PhiPsi-2019, эксперимент LHCb заявил об обнаружении нового состояния чармония – связанной системы из c и анти-с кварков. Первый представитель семейства чармония – частица, получившая название J/ψ, была открыта в 1974 году сразу двумя группами: Самуэля Тинга (Брукхейвен, они назвали частицу J) и Бертона Рихтера (Стенфорд, ψ). Это открытие (а главное факт, что J/ψ оказался неожиданно очень узким резонансом) определило быстрое развитие квантовой хромодинамики (КХД) – части физики элементарных частиц, описывающей сильное взаимодействие. События 1974 года получили название ноябрьской (обе работы были опубликованы 11 ноября 1974) революции физики частиц.

Так как c кварки являются довольно массивными объектами (тяжелее протона), расчет свойств частиц, включающих c и анти-c кварки, оказывается очень точен. Спектр чармониевых состояний хорошо изучен, его система уровней (частиц), изображена на рисунке 1. Ещё не все из предсказанных c–анти-c состояний открыты. Некоторые из них невозможно получить на электрон-позитронных коллайдерах, но, оказывается, их распады можно зафиксировать в протон-протонных взаимодействиях. Дело в том, что начиная с некоторой массы, частицы могут распадаться под действием сильного взаимодействия на пару D мезон и анти-D мезон. Например, на рисунке 2 показана диаграмма распада частицы ψ(3770): сначала существует c–анти-c пара, затем из КХД вакуума рождается лёгкий кварк и соответствующий антикварк, один из них связывается с c кварком, образуя D мезон, а вторая с анти-c кварком (анти-D мезон). Если появляются u кварки, то мезоны (и антимезоны) электрически нейтральны, а если d, то заряжены. Зарегистрировав пару D мезон и анти-D мезон можно восстановить массу распавшейся ψ(3770) частицы и других чармониевых состояний, распадающихся подобным образом. Именно так эксперимент LHCb на БАК и нашел новую частицу. Следует отметить, что в новой работе LHCb использовал все данные, набранные в 2011-2018 гг.

LHCb обнаружил новую частицу в массовом спектре пары D мезон и анти-D мезон, причем как в электрически заряженном, так и в электрически нейтральном каналах (см. рисунок 3). В заряженном канале распада зарегистрировано 2070 ± 190 событий, а в нейтральном 930 ± 170 событий. Масса новой частицы, которую пока обозначают X(3842), составляет 3842.71 ± 0.16_стат. ± 0.12_сист. МэВ/c², а ширина 2.79 ± 0.51_стат. ± 0.35_сист. МэВ. Статистическая значимость открытия чрезвычайно высока, т.е. вероятность того, что пики появились случайно за счет статистических флуктуаций, ничтожно мала. Исходя из этих измерений физики предполагают, что впервые найдено чармониевое состояние со спином 3. В этом предположении квантовые числа частицы должны быть J^PC = 3^– – и её нужно будет обозначать как ψ₃(1D). Пока представленные спектры и измеренные значения носят предварительный характер, но уже скоро окончательные значения и научная статья будут направлены для публикации в один из физических журналов.

Такие измерения спектра чармониевых состояний необходимы для описания физики адронов в рамках КХД. Сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ принимают активное участие в эксперименте LHCb, они обеспечивали стабильную работу экспериментальной установки в течение первого и второго этапов работы LHCb. Поздравляем физиков НИЦ «Курчатовский институт» – ИТЭФ (Москва) сыгравших ведущую роль в анализе экспериментальных данных, результатом которого и стало открытие новой частицы.