Пресс-центр

Обнаружено указание на существование нового странного пентакварка

В конце 2020 года эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), выпустил новую экспериментальную работу, посвящённую изучению распадов Ξ_b^– → ΛJ/ψK⁻. Исследовав промежуточные состояния, возникающие при таких распадах, физики обнаружили указание на существование нового пентакварка, имеющего кварковый состав {udscc}.

Существование пентакварковых состояний долгое время подвергалось сомнению, пока в 2015 году эксперимент LHCb не объявил об обнаружении их следа в распадах прелестных барионов: Λ_b⁰ → pJ/ψK⁻. Структуры, заметные при анализе промежуточных состояний этих распадов, интерпретируются как пентакварки с кварковым составом {uudcc}. Мы уже не раз рассказывали об этих открытиях в наших заметках [1, 2, 3]. Очевидно, что для таких состояний должны существовать и всевозможные состояния-партнеры с составом {qqqcc}, где q обозначает один из трех кварков — u, d или s. Поиск таких состояний – одна из главных задач LHCb.

Под занавес 2020 года LHCb направил в престижный научный журнал Science Bulletin статью, в которой сообщил, что видит указание на существование пентакварковых состояний типа {udscc}. С препринтом этой статьи можно ознакомиться уже сейчас. Экспериментальный подход, примененный в новой работе, очень похож на тот, при помощи которого были сделаны предыдущие открытия. А именно, исследовались промежуточные состояния, возникающие при распадах прелестных барионов. В отличии от предыдущих работ, где рассматривался распад Λ_b⁰-бариона, {udb}-состояния, в новом анализе экспериментаторы анализировали распад {dsb}-частицы – Ξ_b^–-бариона. Изучался канал распада Ξ_b^– → ΛJ/ψK⁻, в котором J/ψ-мезон восстанавливался по распаду на пару мюонов, а Λ-гиперон по распаду на протон и пион.

Трехчастичные конечные состояния типа ΛJ/ψK⁻ образовываются преимущественно через пару промежуточных двухчастичных переходов. Например, пара ΛK⁻ может образоваться в результате распада возбужденного состояния Ξ^–-бариона. В новой работе LHCb удалось впервые для распадов Ξ_b^– зафиксировать вклад Ξ(1690)^– и Ξ(1820)^– гиперонов (см. рисунок 1). В результате чего исследователи получили новую информацию о массах и ширинах этих частиц. Однако, наибольший интерес вызвало промежуточное состояние ΛJ/ψ. Именно в нем возможно проявление вклада пентакварков типа {udscc}. Проанализировав все доступные данные, набранные в ходе первого и второго этапа работы БАК, физикам удалось получить намек на существование нового пентакваркового состояния P_cs⁰ (см. рисунок 2).

Для определения вклада P_cs⁰ был проведен амплитудный анализ распределения выделенных событий-кандидатов распадов Ξ_b^– → ΛJ/ψK⁻. После учета возможных систематических эффектов статистическая значимость сигнала от P_cs⁰ превысила три стандартных отклонения. Экспериментаторы определили следующие параметры возможного пентакваркового резонанса:

                   масса:         4458.8 ± 2.9_–1.1^+4.7 МэВ/c²,

                   ширина:     17.5 ± 6.5_–5.7^+8.0 МэВ.

Первая погрешность носит статистический характер, а асимметричные погрешности — систематический.

Так как проанализирована вся доступная статистика, узнать ответ на вопрос, является ли полученное указание проявлением сигнала, или это всего лишь некоторая статистическая флуктуация, можно будет после обработки всех данных, накопленных на следующем этапе работы БАК.

В заключение следует отметить, что физики НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ внесли вклад в эту работу LHCb. Во-первых, сотрудники Отделения физики высоких энергий Института обеспечили бесперебойную работу Мюонной системы детектора, благодаря которой были зарегистрированы J/ψ-мезоны. Во-вторых, экспериментаторы ОФВЭ участвовали в процедуре внутреннего рецензирования представленной работы.