Пресс-центр

LHCb объявил об открытии двух новых прелестных частиц

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 Λ_b⁰-бариона (так называют частицы, состоящие из трёх кварков). Λ_b⁰ формируется тройкой кварков udb.  Эти частицы были обнаружены по распадам на Λ_b⁰-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: uds – Λ⁰, udc – Λ_c⁰, udb – Λ_b⁰. 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 Λ_b⁰-барионов. Частицы с наибольшей массой (Λ_b(6146 МэВ)⁰ и Λ_b(6152 МэВ)⁰) – это те частицы, об открытии которых заявили экспериментаторы.

Сигнал от распадов Λ_b(6146 МэВ)⁰ и Λ_b(6152МэВ)⁰ наблюдается в спектре масс системы Λ_b⁰π⁺π^-. Его наличие не зависит от того, каков был канал распада Λ_b⁰-бариона. В представленной работе рассматривались распады Λ_b⁰ на Λ_c⁺π^-, где очарованный барион Λ_c⁺ 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 Σ_b^±π^∓ и Σ_b^*±π^∓ (Σ_b и Σ_b^* – 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 Λ_b⁰π^± лежит в районе масс Σ_b^± - резонанса; события в районе массы Σ_b^∗±; и остальные события («нерезонансные», NR). Спектр масс системы Λ_b⁰π⁺π^- для трёх этих категорий событий представлен на рисунке 3. Форма пика для Σ_b- и Σ_b^*-категорий различна и показывает наличие как минимум двух состояний: Λ_b(6146 МэВ)⁰ и Λ_b(6152 МэВ)⁰, которые видны и для NR-категории. Помимо нерезонансного канала были достоверно установлены распады Λ_b(6152 МэВ)⁰→Σ_b^±π^∓, Λ_b(6152 МэВ)⁰→Σ_b^*±π^∓ и Λ_b(6146 МэВ)⁰→Σ_b^*±π^∓. Статистически значимого указания на распад Λ_b(6146)⁰→Σ_b^±π^∓ обнаружено не было.

Были измерены массы Λ_b(6146 МэВ)⁰ и Λ_b(6152 МэВ)⁰. Они согласуются с теоретическими предсказаниями для масс так называемого 1D-дублета Λ_b⁰ - состояний, однако другие теоретические интерпретации, например, нейтральные барионы из семейства состояния Σ_b⁰, 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 Λ_b(6146 МэВ)⁰ и Λ_b(6152МэВ)⁰, сыграли физики НИЦ «Курчатовский институт» - ИТЭФ. Поздравляем коллег с замечательным результатом!