Открыт первый дважды очарованный барион

Физики коллаборации LHCb Большого адронного коллайдера сообщили об открытии первого дважды очарованного бариона — Ξcc++. Она состоит из двух тяжелых очарованных кварков и одного верхнего. Хотя существование таких объектов было предсказано кварковой теорией, обнаружить частицу удалось лишь после долгих лет поисков. Об этом ученые рассказали на конференции EPS по физике высоких энергий, которая началась на прошлой неделе в Венеции, кратко об этом сообщает пресс-релиз CERN.

Согласно кварковой модели строения материи, все адроны состоят из двух (мезоны), трех (барионы) или более кварков — фундаментальных частиц Стандартной модели. Кварки бывают шести типов или сортов, отличающихся друг от друга по массе: верхний (u), нижний (d), странный (s), очарованный ©, прелестный (b) и топ-кварк (t). Самые легкие кварки в виде троек (uud) и (udd) формируют, соответственно, протоны и нейтроны. Более тяжелые кварки также образуют барионы, но они обладают гораздо меньшим временем жизни.

Исследуя подобные тяжелые барионы физики получают информацию о том, как устроено сильно взаимодействие, связывающее кварки в единую частицу. Ученые сравнивают предсказания современных теорий с экспериментальными данными — каждая новая частица позволяет провести новую серию проверок. Так можно найти расхождения между теорией и реальностью, а каждое такое отклонение может стать шагом к новой физической теории, лучше объясняющей окружающий мир.

Особый интерес физиков вызывают барионы, содержащие в своем составе тяжелые кварки. Масса очарованного, прелестного и топ-кварков превышает массу протона (от 1,2 до 175 раз) и известные барионы имеют в своем составе не более одной такой частицы (топ-кварк вовсе не образует адронов). Тем не менее кварковая модель допускает барионы с двумя и даже тремя очарованными кварками.

429fb2c56cf39e1f259aea9e1c1e4cd8.jpgКоличество событий рождения двух пионов, каона и очарованного лямбда-бариона с заданной суммарной энергией. CERN. Поделиться

В новой работе физики из LHCb показали, что дважды очарованный барион рождается в протон-протонных столкновениях в Большом адронном коллайдере.

Авторы исследовали события в которых после столкновения протонов образовывались два пиона, каон и очарованный лямбда-барион — π+, K−, Λ+c . В диаграмме суммарной энергии рожденных частиц ученые нашли пик с большой локальной значимостью (около 12 сигма), который соответствует некоторой частице, распавшейся на перечисленные осколки. Кварковый состав и энергии соответствуют искомому дважды очарованному кси-бариону. Следы частицы нашлись как в данных Run 1 (на энергии столкновений 7 тераэлектронвольт), так и в Run 2 (13 тераэлектронвольт).

В 2002 году об открытии дважды очарованного бариона заявляла коллаборация SELEX («Фермилаб»), однако по данным ученых частица обладала свойствами, сильно отличающимися то предсказанной теорией. К примеру, она рождалась гораздо большими темпами, чем однократно очарованный лямбда-барион и обладала на порядок меньшим временем жизни. Подтвердить частицу с такой энергией на других ускорительных экспериментах не удалось. Барион, найденный LHCb, отличается от бариона SELEX массой — он легче примерно на десятую массы протона. Физики отмечают, что такая разница не может возникнуть между частицами с одинаковым кварковым составом. А значит, вероятно, SELEX обнаружили объект отличный от дважды очарованного кси-бариона.

Известны мезоны, состоящие из очарованного кварка и антикварка — J/ψ-мезоны, а также и более тяжелые упсилон-мезоны, состоящие из прелестных кварков и антикварков. История открытия последних оказалась необычной. В 1976 году группа Леона Ледермана (автора книги о бозоне Хиггса «Частица Бога») обнаружила на ускорителе в лаборатории Энрико Ферми частицу, напоминающую упсилон-мезон. Вероятность случайного совпадения физики оценивали как один случай из 50. Однако дальнейшая проверка показала, что частица была обычной статистической флуктуацией, после чего физики переименовали ее в «Упс-Леон». Настоящий упсилон-мезон физики нашли годом позже.

Подробнее о коллаборации LHCb и ее научных целях можно прочесть в нашем интервью с Гаем Уилкинсоном, бывшим руководителем, и Рольфом Линднером, техническим директором эксперимента, — «Прелестный кварк летит вперед».