Наука и образование

LHCb объявил об открытии нового пентакварка

В начале 2022 года эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), объявил об открытии нового пентакваркового состояния, которое получило обозначение P_ψs^Λ(4338). Минимальный кварковый состав этой частицы (udscc̅). Таким образом, в её состав входят все кварки первого и второго поколений! 

В эти дни в итальянском городе Болонья проходит главное событие года для физики высоких энергий – 41-й Международный конгресс по физике высоких энергий (ICHEP-2021). Традиционно именно к этой конференции основные эксперименты БАК готовят самые яркие результаты. Для эксперимента LHCb такими результатами стали новые экзотические адронные состояния. Сегодня мы расскажем об одном из них – пентакварке P_ψs^Λ(4338).

Чтобы обнаружить эту частицу физики исследовали распад B^– мезона на J/ψ-мезон, Λ-гиперон и антипротон. Кварковая диаграмма распада приведена на рисунке 1. Такой распад очень хорошо подходит для поиска экзотики, потому что для него мал вклад известных (промежуточных) резонансов. Только сильно возбужденные каонные резонансы с большим спином могут распадаться по каналу Λp̅ , однако из-за их большой ширины (порядка 150-200 МэВ) они не способны породить узкие структуры в спектре масс. Между тем на диаграмме Далитца – двумерном распределении квадратов масс пар частиц из трёхчастичного распада – наблюдается концентрация экспериментальных событий в районе больших масс системы J/ψΛ (см. рисунок 2). Повышенное число событий также очень ярко проявляет себя в массовом спектре этих частиц (см. рисунок 3).

Статистическая значимость сигнала, которому сопоставляется новое пентакварковое состояние с минимальным кварковым составом udscc̅ , чрезвычайно велика. Она превосходит 10 стандартных отклонений. Чтобы определить параметры сигнала был проведен полный амплитудный анализ в шестимерном пространстве параметров распада B^– мезона. Он показал, что:

• масса состояния: 4338,2 ± 0,7_стат.± 0,4_сист.МэВ/с²;
• ширина: 7,0 ± 1,2_сист.± 1,3_сист.МэВ;
• спин: ½;
• отрицательная четность, гипотеза о положительной четности исключена на уровне 90%;
• масса состояния близка к порогу рождения системы, состоящей из Ξ_c⁺ бариона и D^– мезона, что открывает пространство для дискуссии о его возможной молекулярной интерпретации.

В новой системе обозначений экзотических адронов, предложенной экспериментом LHCb, обнаруженная частица обозначается P_ψs^Λ(4338). Следует отметить, что это первый адрон, в состав которого помимо очарованного антикварка входят все кварки первого и второго поколений! До этого сообщалось лишь об указаниях на существование подобных частиц.

Данные пока носят предварительный характер, однако скоро будут направлены в реферируемый научный журнал. Подробнее о новой частице можно узнать из материалов семинара ЦЕРН, прошедшего 5 июня, а также из заметки на сайте LHCb.