Обнаружена новая прелестно-странная частица

Пятница, 19 февраля 2021

Эксперимент CMS, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), сообщил об открытии новой частицы Ξb(6100), содержащей в своем составе прелестный (b) и странный (s) кварки. Физикам удалось измерить массу нового бариона c высокой точностью.

БАК – прекрасная экспериментальная установка, позволяющая открывать новые субатомные частицы. Начиная с 2011 года, в ходе экспериментов на БАК были открыты более 50 новых частиц – новых адронных состояний. О многих из этих открытий мы сообщали в наших новостях (например, 1, 2, 3, 4). Первой новой частицей 2021 года стал прелестно-странный барион Ξb(6100), об открытии которого недавно сообщил эксперимент CMS.

CMS проанализировал данные, набранные в ходе второго сеанса работы БАК в 2016-2018 годах. Набор данных соответствует интегральной светимости 140 фб–1. Заметим, что другой эксперимент БАК – LHCb – основной конкурент CMS на ниве поиска новых прелестных частиц, набрал за этот период статистику, соответствующую 6 фб–1. Это различие компенсируется более селективными критериями отбора полезных событий, доступными на LHCb. В итоге создается здоровая научная конкуренция, которая позволяет поддерживать высокий темп исследований.

В анализе, представленном CMS, исследовалась следующие, довольно длинные цепочки распадов:

  1. Ξb(6100)→ Ξbπ+π;
  2. Ξb− → J/ψΞ и Ξb− → J/ψΛK;
  3. J/ψμ+μ, ΞΛπ, Λ → pπ

т.е., в конечном состоянии регистрировалось множество треков заряженных частиц, каждый из которых должен иметь соответствующий электрический заряд. Это является мощнейшим критерием отбора. Распределения, соответствующие двум последним этапам отбора, представлены на рисунках 1 и 2. В спектре масс системы Ξbπ+π наблюдаются узкие пики, которые и интерпретируются как новое барионное состояние. Статистическая значимость наблюдения превышает шесть стандартных отклонений.

Близость массы новой частицы к порогу Ξbπ+π-канала предоставляет хорошие возможности для измерения параметров Ξb(6100). Дело в том, что чем ближе к порогу, тем лучше массовое разрешение.

Физикам удалось весьма точно измерить массу открытого бариона. Она составила 6100.3 ± 0.2стат. ± 0.1сист. ± 0.6Ξb МэВ/с2. Последняя погрешность соответствует текущей точности экспериментального измерения массы Ξb. Таким образом, относительная погрешность измерения массы новой частицы порядка одной десятитысячной! Естественная ширина нового состояния оказалась довольно мала. Экспериментаторы установили для неё лишь верхний предел (Г < 1.9 МэВ). Исходя из аналогий со спектром возбужденных состояний Ξс барионов и теоретических предсказаний, новая частица скорее всего имеет спин-четность 3/2.

В заключение следует отметить, что сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» (в том числе из НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ) принимают активное участие в работе всех упомянутых экспериментов БАК, внося свой вклад в возможность проведения работ. Так, в НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ были изготовлены 120 больших мюонных камер и 10 000 каналов высоковольтного питания для эксперимента CMS, без которых была бы невозможна регистрация распадов J/ψμ+μ. Приятно отмерить также, что ведущую роль в анализе данных, приведших к открытию, играли российские ученые – группа физиков из Физического института РАН им. П.Н. Лебедева и студентов МФТИ. Поздравляем коллег с выходом прекрасной работы!

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