Пресс-центр

Два эксперимента БАК одновременно открыли новую частицу

 В конце января два эксперимента Большого адронного коллайдера (БАК) одновременно объявили об открытии новой субатомной частицы. Обработав набранные данные, коллаборации CMS и LHCb нашли экспериментальные свидетельства существования тяжелого прелестного бариона, предположительно, Λ_b(6072)* .

Семейство Λ_b⁰-барионов состоит из частиц, образованных тремя кварками udb. Основное состояние имеет массу 5620 МэВ/c². Возбуждённые состояния с массами 5912, 5920, 6146 и 6152 МэВ/c² были открыты экспериментом LHCb в 2012 и 2019 годах. Они распадаются в основное состояние, испуская два π-мезона, Λ_b^*0 → Λ_b⁰π^–π⁺. Время жизни этих состояний довольно велико, о чем свидетельствуют их малые ширины распада.

В конце января независимо друг от друга и практически одновременно коллаборации CMS и LHCb сделали заявление об открытии еще одного возбужденного состояния Λ_b⁰-барионов, время жизни которого скорее всего на порядок меньше открытого ранее. Для открытия использовался все тот же канал распада Λ_b^*0 → Λ_b⁰π^–π⁺. Наиболее интересный спектр из препринта публикации CMS показан на рисунке 1. Два узких состояния Λ_b(6146)⁰ и Λ_b(6152)⁰ практически сливаются в один пик. Помимо узких резонансов на спектре присутствует вклад от более широкой структуры. Её проявление можно заметить, если тщательно исследовать форму фона. Для таких исследований обычно применяют так называемую «неправильную» комбинацию электрических зарядов пионов: Λ_b⁰π⁺π⁺ и Λ_b⁰π^–π^–. Для таких систем частиц невозможно проявление резонансов из семейства Λ_b⁰, а вот форма фона случайных совпадений очень похожа. Зафиксировав форму фона, можно понять, что в диапазоне масс от 6000 до 6100 МэВ/c² проявляется некоторая довольно широкая структура.

Присутствие новой частицы еще более заметно из данных LHCb (см. рисунок 2). Физики реконструировали основное состояние Λ_b по двум каналам распада и в обоих случаях увидели отличие спектров для «правильной» и «неправильной» комбинаций заряда пионов в массовом распределении для системы Λ_b⁰ππ. На спектрах также хорошо видно разделение узких состояния с массами 6146 и 6152 МэВ/c². Предположив, что широкая структура соответствует распаду новой частицы, физики LHCb измерили массу и ширину нового состояния:

m = 6072.3 ± 2.9 ± 0.4 ± 0.2 МэВ/c²        и      Г = 72 ± 11 ± 2 МэВ.

Следует уточнить, что все же возможен сценарий, при котором этой широкой структуре соответствует частично восстановленный распад еще более массивной частицы.

Статистическая значимость открытия превосходит 14 стандартных отклонений, а значит о проявлении некоторой новой частицы можно говорить уверенно. Если предположить, что новая широкая структура соответствует новой частице с массой в районе 6072 МэВ/c², то спектр известных возбужденных состояний Λ_b⁰-барионов приведен будет выглядеть ток, как приведено на рисунке 3.

Подробнее об этом открытии можно узнать из препринта статьи CMS и слайдов доклада представителя LHCb. В заключение следует отметить, что сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» (в том числе из ПИЯФ) принимают активное участие в работе экспериментов CMS и LHCb.