LHCb объявил об открытии двух новых прелестных частиц

Вторник, 16 июля 2019

Конференция по физике элементарных частиц Европейского физического общества (EPS-HEP) традиционно является одним из важнейших форумов ученых, занимающихся исследованием микромира. Эксперименты Большого адронного коллайдера стараются объявлять о новых открытиях на таких больших конференциях. В этом году на EPS-HEP, проходящем в бельгийском городе Генте, эксперимент LHCb объявил об открытии двух новых прелестных барионов.

На проходящей в Бельгии конференции EPS-HEP эксперимент LHCb объявил об открытии двух новых прелестных (содержащих в своем составе тяжелый b-кварк) субатомных частиц. Экспериментаторы интерпретируют новые частицы как возбужденные состояния Λb0-бариона (так называют частицы, состоящие из трёх кварков). Λb0 формируется тройкой кварков udb.  Эти частицы были обнаружены по распадам на Λb0-барион и π+π- пару. Чтобы их обнаружить, понадобилось проанализировать всю экспериментальную статистику, набранную LHCb в ходе двух сеансов работы БАК в 2011-2012 и 2015-2018 годах.

Простейшими барионами являются протон и нейтрон. Их формируют тройки кварков uud и udd, соответственно. Греческими буквами Λ физики обозначают частицы, в которые в дополнение к паре ud входит более тяжелый кварк: udsΛ0, udcΛc0, udbΛb0. Кварки, входящие в состав этих частиц, находятся в определенном квантовом состоянии, характеризующемся определенными значениями спина и четности и орбитального момента, которые определяют квантовые числа частицы. Сообщив прелестному бариону некоторую (определенную) порцию энергии, можно перевести составляющие его кварки в другое энергетическое состояние, характеризующееся другими квантовыми числами. Это новое состояние будет интерпретироваться как другая субатомная частица. Эти возбужденные состояния неустойчивы и спустя некоторое время новая частица распадется, испустив одну или несколько легких частиц (каких -зависит от массы частицы и типа взаимодействия, отвечающего за распад). Возвращение в основное состояние может происходить и через каскад распадов. На рисунке 1 представлен массовый спектр Λb0-барионов. Частицы с наибольшей массой (Λb(6146 МэВ)0 и Λb(6152 МэВ)0) – это те частицы, об открытии которых заявили экспериментаторы.

Сигнал от распадов Λb(6146 МэВ)0 и Λb(6152МэВ)0 наблюдается в спектре масс системы Λb0π+π-. Его наличие не зависит от того, каков был канал распада Λb0-бариона. В представленной работе рассматривались распады Λb0 на Λc+π-, где очарованный барион Λc+ восстанавливался по pK-π+ каналу распада, и J/ψK-p с последующим распадом J/ψ→μ+μ-. В обоих случаях для масс в районе 6150 МэВ наблюдался пик.

Так как масса обнаруженной структуры лежит выше порога (минимального значения массы) для комбинаций Σb±π и Σbπ (Σb и Σb* – известные прелестные барионы), распад новой частицы или нескольких частиц, близких по массе, может идти и через эти промежуточные состояния. Чтобы прояснить этот вопрос, экспериментальные события были разбиты на три категории: те, для которых масса Λb0π± лежит в районе масс Σb± - резонанса; события в районе массы Σb±; и остальные события («нерезонансные», NR). Спектр масс системы Λb0π+π- для трёх этих категорий событий представлен на рисунке 3. Форма пика для Σb- и Σb*-категорий различна и показывает наличие как минимум двух состояний: Λb(6146 МэВ)0 и Λb(6152 МэВ)0, которые видны и для NR-категории. Помимо нерезонансного канала были достоверно установлены распады Λb(6152 МэВ)0→Σb±π, Λb(6152 МэВ)0→Σbπ и Λb(6146 МэВ)0→Σbπ. Статистически значимого указания на распад Λb(6146)0→Σb±π обнаружено не было.

Были измерены массы Λb(6146 МэВ)0 и Λb(6152 МэВ)0. Они согласуются с теоретическими предсказаниями для масс так называемого 1D-дублета Λb0 - состояний, однако другие теоретические интерпретации, например, нейтральные барионы из семейства состояния Σb0, пока не исключены из рассмотрения. Подробнее об открытии можно узнать из слайдов доклада и статьи LHCb, которая скоро будет направлена в печать.

В заключение следует отметить, что сотрудники институтов, входящих в состав НИЦ «Курчатовский институт», принимали активное участие в проектировании, строительстве, вводе в эксплуатацию и экспериментальных сеансах LHCb, внося таким образом свой вклад в каждое открытие. Ведущую роль в анализе экспериментальных данных, в котором были открыты новые частицы Λb(6146 МэВ)0 и Λb(6152МэВ)0, сыграли физики НИЦ «Курчатовский институт» - ИТЭФ. Поздравляем коллег с замечательным результатом!

Теги
фгбу пияф им. Б. П. Константинова Национальный исследовательский центр Курчатовский институт