Новые результаты LHCb представлены на конференции CHARM-2018

Среда, 30 мая 2018

21-25 мая 2018 года в Новосибирске прошла международная конференция CHARM-2018, посвященная исследованию свойств частиц, в состав которых входит тяжелый очарованный (с-) кварк. На этой конференции эксперимент LHCb (одна из четырех крупных экспериментальных установок Большого адронного коллайдера) представил новые результаты, в число которых входит первое измерение времени жизни дважды-очаровательной частицы Ξcc++-бариона.

Физики, занимающиеся изучением частиц, в состав которых входит c-кварк, раз в два года обсуждают открытия и новые измерения на конференции CHARM (Чарм). В этом году конференцию проводили совместно Институт Ядерной Физики им. Г.И. Будкера и Новосибирский Государственный Университет. Традиционно, большие эксперименты физики высоких энергий стараются объявить новые результаты на таких совещаниях.

Еще в июле 2017 года эксперимент LHCb заявил об обнаружении новых частиц с массой 3621,4 MeV/c2, рождающихся в протон-протонных столкновениях высоких энергий. Изучался распад этой частицы (называемой Ξcc++) на Λc+-барион и три легких мезона: K, π+ и π+. Исследования показали, что Ξcc++-барионы имеют достаточно большое среднее время жизни и распадаются, отлетев на некоторое расстояние от точки столкновения двух протонов, в которой они родились. Это является указанием на то, что распад Ξcc++ идет под действием слабого взаимодействия. Измеренная масса и характеристики распада новой субатомной частицы позволяют говорить о том, что она состоит из трёх кварков (истинно элементарных сильновзаимодействующих частиц). При этом два из трех кварков - тяжелые c-кварки, а третий - легкий u-кварк. Физики называют частицы, содержащие тяжелый c-кварк, “очарованными” или “очаровательными” (англ. charm ― очарование, шарм); соответственно, новая частица, содержащая два таких кварка, ― частица с двойным очарованием.

Элементарные частицы распадаются по закону радиоактивного распада, поэтому имеет смысл говорить о среднем времени жизни. Измерение этого параметра – отдельная и важная задача, поскольку теория сильного взаимодействия должна описать свойства Ξcc++-бариона. Различные модельные расчеты предсказывают время жизни для новой частицы в диапазоне от 200 до 1050 фемтосекунд (1 фс – одна квадриллионная часть секунды).

Для измерения времени жизни нужно «откалибровать» временную шкалу. Это делалось при помощи нормировочного канала распада частицы Λb0 (с хорошо измеренным временем жизни) на Λc+-барион и три легких мезона: два π и один π+. Такой распад топологически похож на исследуемый распад Ξcc++. Этот подход позволяет заметно снизить систематические погрешности измерения. На Рис.1 показано распределение по времени жизни событий распада Ξcc++ с убранными фоновыми событиями и его математическое описание, в которое среднее время жизни входит как параметр. Данные лучше всего описываются в предположении, что среднее время жизни (256 ± 23 ± 14) фс, где первая погрешность отражает среднюю статистическую неопределенность определения времени жизни, а вторая – систематическую погрешность измерения. 

Измерение параметров Ξcc++-бариона позволит расширить понимание того, как именно кварки образуют связанные состояния. Следует отметить, что сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ играют важную роль в таких исследованиях. Так, Отделение теоретической физики ― один из признанных мировых лидеров построения теории сильного взаимодействия. В свою очередь, сотрудники Отделения физики высоких энергий Института принимают активное участие в исследованиях LHCb, посвященных рождению очарованных частиц и изучению их свойств.

Эти и другие результаты, представленные на конференции, обсуждались на Ядерном семинаре Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ, который состоялся 29 мая. Подробнее про новую частицу можно узнать из слайдов доклада LHCb. Другие доклады также доступны на веб-сайте конференции.

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