Пресс-центр

Обнаружены новые b-адроны

Эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), сообщил об открытии новых прелестных частиц - барионного состояния Ξ_b(6227)⁰, а также о проявлении в спектре масс системы B⁺K^– сигнала от распадов новых возбужденных состояний B_s⁰-мезона.

Открытие новых субатомных частиц – явление не такое уж редкое. По мере совершенствования приборов, техники и методов исследования, доступными для наблюдения становятся все более и более редкие процессы рождения новых частиц. В настоящее время чаще всего об открытии новых субатомных состояний сообщает эксперимент LHCb. Это происходит не случайно. В столкновении протонов высоких энергий на БАК новые (для нас) адронные состояния и должны обильно рождаться. Набор детекторных систем LHCb специально оптимизирован для их регистрации. Во-первых, установка регистрирует частицы, вылетающие под небольшими углами относительно пучков БАК. Именно туда преимущественно вылетают очарованные и прелестные адроны, образовавшиеся в pp-взаимодействиях (это является следствием механизмов рождения c- и b-кварков). Во-вторых, вершинный детектор LHCb позволяет эффективно выделять основные состояния таких частиц, т.е. состояния, распадающиеся под действием слабых сил. Довольно большое время жизни этих состояний вкупе с эффектами специальной теории относительности приводят к тому, что образовавшиеся частицы распадаются не в точке, где провзаимодействовали протоны БАК, а на некотором расстоянии от нее. Это является мощным критерием обора. Наконец, подсистемы идентификации типов заряженных частиц позволяют идентифицировать продукты распада, разделяя пионы, каоны, протоны, что также способствует очень сильному подавлению фоновых процессов. Реконструируя длинные цепочки распадов, порожденные прелестными частицами, и объединяя их с треками из первичной вершины, можно увидеть родившиеся возбужденные состояния b-адронов.

В октябре 2020 года LHCb направил в научные журналы сразу две работы, посвященные обнаружению новых прелестных частиц. В первой из них экспериментаторы сообщили об обнаружении бариона Ξ_b(6227)⁰. Исследовалась следующая цепочка распадов:

1. Ξ_b(6227)⁰ → Ξ_b⁻π⁺
2. Ξ_b⁻ → Ξ_c⁰π^–
3. Ξ_c⁰→pK⁻K⁻π⁺

т.е. в конечном состоянии регистрировалось шесть треков заряженных частиц, каждый из которых должен иметь соответствующий электрический заряд. На рисунке 1 хорошо видно, что если скомбинировать реконструированную Ξ_b⁻-частицу с положительно заряженным пионом, то сигнал, соответствующий Ξ_b(6227)⁰-бариону, хорошо виден в массовом спектре. Если же вместо π⁺ взять π^–, то наблюдаются только фоновые события.

Открытие Ξ_b(6227)⁰ не стало для физиков сюрпризом. Оно ожидалось, так как ранее LHCb уже объявлял об открытии частицы с отрицательным электрическим зарядом Ξ_b(6227)^–, которая является изотопическим партнером для Ξ_b(6227)⁰. Скорее всего, Ξ_b(6227)^– сформирована тройкой кварков {bsd}, а Ξ_b(6227)⁰ – {bsu}.

Вторым интересным открытием стало обнаружение сигналов от распадов прелестных мезонов в B⁺K^–-канале. В этой работе B⁺-мезон восстанавливался по распадам: B⁺ → J/ψ(→μ⁺μ^–)K⁺ и B⁺ → D⁰(→K⁺π^–)π⁺, а затем частица-кандидат объединялась с K^–-мезоном, вылетающим из точки взаимодействия протонов. Если B⁺K^–-пара образовалась в распаде более массивной прелестной частицы, то в соответствующем массовом спектре должен наблюдаться пик. Сигнал, обнаруженный в спектрах

Δm = m(B⁺K^–) – m(B⁺) – m(K^–)

(см. рисунок 2), может иметь несколько интерпретаций:

1. один резонанс, распадающийся на пару B⁺K^–,
2. два таких резонанса,
3. сигнал от распада более массивных частиц на каон и возбужденное состояние B^*+, которое, в свою очередь, распадается с испусканием фотона (последний не регистрируется).

Проведенное статистическое сравнение показало, что вторая и третья гипотезы описывают спектр намного лучше, чем гипотеза одного широкого резонанса. Экспериментаторы надеются прояснить вопрос о природе сигнала на основе данных, которые будут набраны в ходе следующих сеансов работы БАК.

Подробнее с открытиями можно ознакомиться в препринтах публикаций (1, 2).

В заключение следует отметить, что сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ принимают активное участие в работе эксперимента LHCb и являются соавторами этих открытий.