Обнаружена новая прелестно-странная частица
Пятница, 19 февраля 2021Эксперимент 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:
- Ξb(6100)–→ Ξb−π+π–;
- Ξb− → J/ψΞ– и Ξb− → J/ψΛK–;
- J/ψ→μ+μ−, Ξ–→ Λπ–, 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 Ξb−π+π– наблюдаются узкие пики, которые и интерпретируются как новое барионное состояние. Статистическая значимость наблюдения превышает шесть стандартных отклонений.
Близость массы новой частицы к порогу Ξb−π+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/ψ→μ+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!