На Большом адронном коллайдере открыли прелестно-странный барион

Ученые международной коллаборации CMS ( Compact Muon Solenoid) на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, куда входят исследователи из Московского физико-технического института, Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» и Физического института РАН, объявили об обнаружении нового резонанса — элементарной частицы, представляющей собой возбужденное состояние одного из адронов, то есть мезонов или барионов. Все резонансы существуют крайне непродолжительно: 10−22–10−24 секунд, поэтому они обнаруживаются только в ходе анализа вторичных частиц.

Учеными был впервые замечен резонанс Ξb(6100) прелестно-странного бариона. Оно распадается на основное состояние Ξb («кси бэ минус барион») и два пи-мезона противоположных зарядов. В работе были использованы данные протон-протонных столкновений, собранные на Большом адронном коллайдере в 2016–2018 годах. Статья с итогами исследования отправлена в журнал Physical Review Letters, ее препринт доступен на сайте arxiv.org. Кратко об открытии рассказывают пресс-релизы CMS и МФТИ.

Согласно современным представлениям, большинство частиц (адроны) состоит из кварков, которые группируются в пары кварк-антикварк (в мезонах) или по три кварка (в барионах). Разновидности («ароматы») кварков, различающиеся зарядом и массой, обозначаются прилагательными: верхний, нижний, странный, очарованный, прелестный и истинный кварки. Например, нейтрон состоит из одного верхнего (up) и двух нижних (down) кварков, а протон — из двух верхних и одного нижнего. Помимо этих, самых легких барионов, существует и множество других состояний, отличающихся кварковым составом, массой, временем жизни и другими характеристиками. Таким семейством являются и Ξb барионы (произносится «кси бэ барионы»), состоящие из верхнего или нижнего, а также странного (strange) и прелестного (beauty) кварков. Нейтральный Ξb барион, состоящий из набора кварков (u, b, s), называется Ξb0, а его партнер с отрицательным зарядом (d, b, s) называется Ξb («кси бэ минус барион») Эти частицы живут короткое время и не присутствуют в стабильной материи, окружающей нас, но могут быть получены в экспериментах по физике высоких энергий на Большом адронном коллайдере или других ускорителях.

Первые Ξb барионы наблюдались на ускорителе Тэватрон в США более десяти лет назад. Их масса составляла около 5800 МэВ. Однако среди этих частиц имеется множество различных так называемых возбужденных состояний. Их кварковое содержимое идентично, но в зависимости от конкретной конфигурации кварков внутри бариона они могут иметь разные массы и квантовые числа за счет энергии спинового, радиального или орбитального возбуждения. Именно такие частицы называются резонансами. Несколько таких возбужденных состояний с массами около 5950 или 6227 МэВ уже были обнаружены на Большом адронном коллайдере. Еще один из подобных резонансов был обнаружен в нынешнем исследовании в распаде на «простой» Ξb барион и два пиона.

В коллаборации CMS Московский физико-технический институт представлен лабораторией физики высоких энергий, которой руководит Тагир Аушев, член-корреспондент РАН. Работа лаборатории тесно связана с образовательной программой «Фундаментальные взаимодействия и физика элементарных частиц» Физтех-школы физики и исследований им. Ландау МФТИ под многолетним руководством академика РАН Михаила Данилова. Один из авторов работы, сотрудник лаборатории физики высоких энергий Кирилл Иванов так комментирует результаты: «Сильное взаимодействие отвечает за связь кварков внутри адронов и помогает предсказывать, как именно могут формироваться частицы. Обнаруженный нами новый прелестно-странный барион дает важный вклад в наше понимание сильного взаимодействия и поможет различным теоретическим моделям лучше рассчитывать свойства адронов, построить более точную спектроскопию их энергетических уровней».

«К этому результату мы шли почти два года, и поначалу было неочевидно, что на имеющейся статистике мы сможем эффективно восстановить и увидеть сигнал от нового бариона. Наша научная группа проделала большую работу по максимальному увеличению экспериментальной чувствительности. И как результат — новая частица обнаружена с большой статистической значимостью. Очень надеюсь, что впереди у нас много новых исследований в рамках эксперимента CMS», — объясняет старший научный сотрудник лаборатории физики высоких энергий и доцент МФТИ Руслан Чистов.

Обсудите с коллегами

21.04

Зеркало и свет

PRO SCIENCE
21.04

Ученые прочитали геном вымершей стеллеровой коровы

PRO SCIENCE
21.04

Недостаток сна увеличивает риск деменции

PRO SCIENCE
21.04

У древней группы морских беспозвоночных имеется аналог плаценты

PRO SCIENCE
20.04

Настройка системы тело–мозг

PRO SCIENCE
20.04

Трансгенные мыши и COVID-19

PRO SCIENCE
Бозон Хиггса способен распадаться на два прелестных кварка Бозон Хиггса способен распадаться на два прелестных кварка Стандартная Модель завершена. Что дальше? Стандартная Модель завершена. Что дальше?
Бозон Хиггса способен распадаться на два прелестных кварка