Пресс-центр

Эксперимент LHCb изучает многочастичные распады Bs0-мезонов

На этой неделе, эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), выпустил новую работу, посвященную экспериментальному исследованию распадов B_s⁰ → J/ψK⁺K⁻π⁺π^–. Исследование этого многочастичного конечного состояния позволило измерить массу B_s⁰-мезона с рекордной точностью, извлечь вклады промежуточных резонансов и даже увидеть тетракварковое состояние!

Огромная экспериментальная статистика, накопленная экспериментом LHCb в ходе первого и второго этапов работы БАК, позволяет проводить исследования различных каналов распада прелестных частиц. Прелестными называют адроны, содержащие в своем составе b-кварк. Масса прелестного кварка превышает 4 ГэВ/c², что составляет порядка 70-80% от массы b-адронов. В процессе распада прелестных частиц b-кварк превращается в менее массивные кварки, а избыток энергии может «расходоваться» на кинетическую энергию продуктов распада и массы дочерних частиц. Исследование многочастичных конечных состояний, образовавшихся в результате распада b-адронов, – это интереснейшая возможность для поиска новых адронов, а также хороший способ уточнить наши знания о свойствах прелестных частиц.

На этой неделе эксперимент LHCb выпустил новую работу, посвященную экспериментальному исследованию распадов B_s⁰ → J/ψ(→μ⁺μ^–)K⁺K⁻π⁺π^–. Исследование было ориентировано на оценку вклада промежуточных резонансов, возникающих при распадах B_s⁰ -мезона. Физикам удалось зарегистрировать вклады распадов:

• B_s⁰ → ψ(2S)φ,
• B_s⁰ → χ_c1(3872)φ,
• B_s⁰ → χ_c1(3872)K⁺K⁻.
• B_s⁰ → J/ψK^*0K^*0.

Последние два канала были зарегистрированы впервые!

Помимо ожидаемых вкладов экспериментаторы увидели и нечто необычное. Исследования канала B_s⁰ → φJ/ψπ⁺π^– с последующим распадом промежуточного φ-резонанса на пару K⁺K⁻ указывают на существование экзотической частицы X(4740), которая проявляет себя как пик в массовом спектре φJ/ψ (см. рисунок 1). Статистическая значимость сигнала превышает 5σ. Физикам удалось измерить массу и естественную ширину этого состояния:

                   m_X(4740) = 4741 ± 6_стат. ± 6_сист. МэВ/с²,

                   Г_X(4740) = 53 ± 15_стат. ± 11_сист. МэВ.

Возможно, X(4740) – это «проявление» тетракварка χ_c0(4700), который уже наблюдался в эксперименте LHCb, когда физики проводили амплитудный анализ распада B⁺ → φJ/ψK⁺. Чтобы прояснить возможную связь обнаруженного сигнала и χ_c0(4700), требуется больше данных, которые будут набраны в ходе следующего этапа работы БАК, а также довольно трудоемкий амплитудный анализ распада B_s⁰ → φJ/ψπ⁺π^–.

Многочастичные конечные состояния позволяют уточнить наши знания и о свойствах самих прелестных адронов. Дело в том, что масса материнской частицы реконструируется через восстановленные импульсы продуктов распада. Импульсы частиц всегда измеряются с некоторой погрешностью: физики говорят о разрешении спектрометра. Однако, когда измеряется сразу много частиц, эти погрешности компенсируют друг друга и становится возможным провести более точные измерения характеристик материнской частицы. Разрешение по массе можно повысить, измеряя те каналы, для которых в промежуточном состоянии образовалась частица с хорошо известными характеристиками. В выпущенной работе исследование канала распада B_s⁰ →ψ(2S)K⁺K⁻ позволило измерить массу B_s⁰ мезона с рекордной точностью (см. рисунок 2):

                            m_Bs0 = 5366.98 ± 0.07_cnат. ± 0.13_сист. МэВ/с²,

Подробнее об этих исследованиях можно узнать из препринта статьи, которая направлена в реферируемый научный журнал.

Эксперименты на БАК проходят при сотрудничестве ученых со всего мира. Каждый институт вносит свой приборный и интеллектуальный вклад в общую работу. Например, регистрация распадов J/ψ→μ⁺μ^– была бы невозможна без стабильной работы мюонной системы эксперимента, огромный вклад с создание которой внесли сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ. Ведущую роль в анализе данных, о котором рассказано в этой заметке, принадлежит физикам из НИЦ «Курчатовский институт» - ИТЭФ. Поздравляем коллег с прекрасным физическим результатом! Уже достигнута договоренность о том, что сотрудница НИЦ «Курчатовский институт» - ИТЭФ Татьяна Овсянникова расскажет о своей диссертационной работе на семинаре Отделения физики высоких энергий нашего Института.