Пресс-центр

Эксперимент на CMS не подтвердил наличие экзотического 4-х кваркового резонанса X(5568)

Недавно эксперимент CMS (Compact Muon Solenoid) на Большом Адронном Коллайдере (БАК, ЦЕРН) вслед за экспериментом LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment), опубликовал опровержение существования резонанса X(5568), ранее обнаруженного в эксперименте DZero на Тэватроне (Фермилаб) и интерпретируемого как экзотические связанные тетракварковые состояния b̅sd̅u и bs̅du̅ (в зависимости от знака электромагнитного заряда), которые могут распадаться на пары мезонов B_s⁰π^- и B_s⁰π⁺ соответственно. В последние годы было обнаружено несколько таких экзотических состояний, состоящих из двух тяжелых и двух лёгких кварков, свойства которых не были предсказаны теорией, поскольку квантовая хромодинамика остаётся мало исследованной при низких энергиях из-за невозможности использовать теорию возмущений, как это делается при изучении процессов жёсткого рассеяния. В частности, неизвестно, может ли данное состояние быть сильносвязанным состоянием из четырёх кварков (тетракварком) или адронной молекулой, состоящей из двух мезонов. Особенностью данного резонанса является ещё и то, что все 4 кварка имеют разный аромат, что наблюдается впервые.

Предположительно, искомый резонанс распадается на π^±-мезон и B_s⁰-мезон, который, в свою очередь, распадается на J/ψ-мезон и φ-мезон.

Поэтому, как в CMS, так и в LHCb и в DZero для поиска резонанса был изучен спектр инвариантной массы трёх реконструированных на основе экспериментальных данных частиц, J/ψ-мезона, φ-мехона и π^±-мезона, в интервале между 5506 МэВ (порогом образования искомого резонанса) и 5900 МэВ.

Мезон B_s⁰ имеет время жизни и, следовательно, в детекторе CMS распадается на J/ψ- и φ-мезон в отдалении от исходной точки взаимодействия. Поэтому, благодаря высокому разрешению в определении вторичных вершин распада, реконструкция распада J/ψ-мезона на два мюона позволяет определить количество таких распадов в зависимости от инвариантной массы.

Эксперимент DZero обнаружил пик при 5568 МэВ шириной 22 МэВ со статистической достоверностью больше 6 стандартных отклонений, что практически исключает возникновение пика в результате статистической флуктуации. Однако, эксперимент CMS не подтвердил наличия пика (см. рисунок 2).

Ранее, эксперимент LHCb также не подтвердил существование пика. Однако, в отличие от CMS и DZero, LHCb проводит измерение в другой кинематической области – в области фрагментации, которая не совпадает с областью измерения CMS и DZero (центральная область).

Стоит отметить, что ещё более противоречивая ситуация уже случалась ранее с обнаружением мезона X(4140) массой 4140 МэВ в эксперименте CDF. Эксперименты Belle на ускоителе KEK (Япония) и LHCb не смогли подтвердить обнаружение X(4140), в то время как эксперименты DZero и CMS подтвердили его обнаружение.

Таким образом, эксперимент CMS не подтвердил наличие экзотического резонанса, наблюдавшегося в эксперименте DZero на Тэватроне.

Сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ внесли определяющий вклад в дизайн и создание мюонной системы CMS. В настоящее время они участвуют в ее модернизации и принимают участие в анализе физических данных.

Ссылки:

1. Статья DZero: https://arxiv.org/abs/1602.07588
2. Статья LHCb https://arxiv.org/abs/1608.00435
3. Статья CMS: https://arxiv.org/abs/1712.06144