-
Рис. 1 Спектр массы системы J/ψ и π-мезона. Разными цветами показаны вклады различных процессов. Вклад сигнальных событий (Bc+ → J/ψ π+) показан красным. Источник изображения: презентация LHCb.
-
Рис. 2 Распределение по массе Bcπ+π– за вычетом реконструированной массы Bc (так делают чтобы улучшить экспериментальное разрешение). Два пика соответствуют двум новым Bc(2S)-состояниям. Серая гистограмма показывает, как ведет себя фоновое распределение, этот спектр построен для случая, когда оба пиона имеют одинаковый электрический заряд. Источник изображения: презентация LHCb.
LHCb подтверждает открытие CMS
Понедельник, 18 марта 2019Эксперимент LHCb, подтверждает заявление CMS (оба эксперимента проводятся на Большом адронном коллайдере) об обнаружении двух новых очаровано-прелестных частиц.
В феврале мы сообщали, что эксперимент CMS обнаружил сигналы от распадов двух новых очаровано-прелестных мезонов. На прошлой неделе аналогичную работу представил и эксперимент LHCb. Как и в работе CMS, для своего анализа LHCb использовал данные, набранные в 2011-2018 гг. в ходе первого и второго этапа работы ускорителя БАК.
Bc(2S)-мезоны должны распадаться практически мгновенно после образования, так как этот процесс обусловлен сильным взаимодействием. Процесс происходит с испусканием π+π– (или π0π0) пар, при этом Bc(2S)+ мезоны распадаются в основное состояние, а B*c(2S)+ в B*c+, которые испускают фотон и переходят в основное состояние (это тоже происходит практически мгновенно, так как процесс обусловлен электромагнитным взаимодействием). Распад основного состояния обусловлен слабым взаимодействием и поэтому Bc+ мезон успевает отлететь от точки взаимодействия протонов на заметное расстояние.
Для того чтобы экспериментально обнаружить новые частицы, сначала необходимо зарегистрировать распад основного состояния. Это делают при помощи регистрации распадов Bc+ мезона на пион и частицу J/ψ, которая дальше распадается на пару мюонов. Спектр масс таких распадов Bc+, выделенных экспериментом LHCb, приведен на рисунке 1. LHCb реконструировал 3.5 тысяч распадов Bc+, что в два раза меньше статистики, набранной CMS, но при этом фоновые условия лучше. Дальше события-кандидаты из области спектра, богатой Bc+, комбинируются с парой треков от пионов противоположного заряда (см. рисунок 2). Bc(2S)-состояния проявляют себя как пики в спектре масс системы Bcπ+π–. Для разделения фонового и сигнального вкладов данные аппроксимируются гладкими функциями. Форму функции, отражающей фоновый вклад, можно проверить прямо из данных. Так как фон носит комбинаторный характер (случайные совпадения), его форма не должна зависеть от электрических зарядов пионов. Поэтому, если в дополнение к Bc+ брать π+π+ и π–π– пары, останется только фоновая компонента (серая гистограмма на правой части рисунка 2).
В спектре масс Bcπ+π– видны две пиковые структуры. Первый пик установлен в высокой статистической значимостью. Для второго же локальная статистическая значимость составляет чуть больше, чем три стандартных отклонения. Положения пиков согласуются с наблюдениями CMS. Это позволяет говорить о том, что LHCb подтверждает открытие. Также следует отметить, что еще в 2014 году другой эксперимент на БАК – ATLAS, заявлял об обнаружении сигнала в этом же массовом диапазоне. Тогда наколенной экспериментальной статистики было недостаточно, чтобы разделить вклады от двух распадов.
Подробнее о результатах можно узнать из презентации LHCb (работа была представлена на конференции “Rencontres de Physique de la Vallée d'Aoste”), а также из заметки на официальном сайте эксперимента. Как мы уже не раз отмечали, подобные измерения являются необходимым (и очень богатым) источником информации для описания физики адронов в рамках квантовой хромодинамики – теории сильного взаимодействия. Сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ принимают активное участие во всех упомянутых экспериментах на БАК.
