Обнаружены четыре «экзотических» состояния в распаде B-мезона

Участники эксперимента LHCb на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН, в том числе из Новосибирского государственного университета и Института ядерной физики СО РАН, объявили о наблюдении четырех «экзотических» состояний в распаде B-мезона на джей-пси-мезон (J/ψ), фи-мезон (φ) и каон (K-мезон). Состояния представляют интерес тем, что не являются ни мезонами, ни барионами.

Изображение с сайта nsu.ru

Для изучения распадов B-мезона использовалась вся доступная статистика БАК запуска run-1, набранная при энергиях 7 и 8 ТэВ.

Участники эксперимента обнаружили четыре новых состояния в распадах B-мезона на джей-пси-мезон (J/ψ), фи-мезон (φ) и каон (K-мезон), три из них — X(4274), X(4500) и X(4700) — обнаружены впервые (числовой индекс — показатель энергии в мегаэлектронвольтах). Все они распадаются на джей-пси-мезон и фи-мезон.

J/ψ-мезон состоит из очарованного кварка и антикварка, φ-мезон — из странного кварка и антикварка, каон содержит один странный кварк (антикварк) и один u- или d-кварк (антикварк)

Указание на состояние зарегистрированной частицы X(4140) в первый раз было получено в эксперименте CDF (Фермилаб) и позже подтверждено на CMS (БАК) и D0 (Теватрон), однако не было обнаружено электрон-позитронными детекторами BaBar в США и Belle в Японии.

Состояния интересны тем, что не содержат верхних (u) и нижних (d) кварков, из которых состоят нуклоны (протоны и нейтроны).

- Состояния называются экзотическими, так как не являются обычным мезоном (кварк-антикварк) или барионом, состоящим из трех кварков, — отмечает старший научный сотрудник лаборатории физики тяжелых кварков в адронных взаимодействиях НГУ Павел Кроковный.

Возможные гипотезы для этих частиц: 4-кварковые состояния (очарованный (c) и странный (s) кварки и их антикварки) или связанное состояние двух странных очарованных мезонов Ds±Ds*.

По словам Павла Кроковного, такого рода наблюдения невозможно провести, изучая только массу состояний J/ψ и φ. Физиками использовался сложный многомерный амплитудный анализ, позволивший не только найти новые состояния, но и определить их квантовые числа. Каждая из четырех частиц наблюдалась при значении более пяти стандартных отклонений. Другими словами, вероятность, что это статистическая флуктуация — меньше чем один на миллион.

Полученные экспериментальные данные нельзя описать, используя только резонансы, распадающиеся на φ-мезон и каон — требуются новые состояния, распадающиеся на J/ψ-мезон и φ-мезон.

Набор и обработка данных на энергии 13 ТэВ (run-2), а также новый эксперимент Belle II на коллайдере SuperKEKB в Японии позволит получить новую информацию об этих частицах.