Физики ЦЕРН обнаружили новую экзотическую частицу

Фото из открытых источников

Физики из коллаборации ATLAS на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе наблюдали мезон B c *+, возбужденную версию мезона B c + — оба состоят из очарованного кварка и нижнего антикварка. Результаты работы исследовательской группы будут опубликованы в журнале Physics Review Letters, а пока размещена на сервере препринтов arXiv.

Протоны и нейтроны — строительные блоки материи — принадлежат к огромному классу частиц, называемых адронами. Адроны — это сложные частицы, состоящие из кварков, связанных между собой сильным взаимодействием.

Они подразделяются на две группы: барионы, состоящие из трех кварков (подобно протонам и нейтронам), и мезоны, образованные парой кварк-антикварк.

Несмотря на десятилетия исследований, многие аспекты сильного взаимодействия остаются плохо изученными, особенно то, как оно связывает кварки внутри адронов.

Мезоны, состоящие из тяжелых кварков — таких как очарованные или нижние кварки — могут служить важной лабораторией для проверки теоретических описаний этих эффектов.

Особый интерес для физиков представляют B c + мезоны, поскольку они содержат два типа тяжелых кварков: очарованный кварк и нижний антикварк.

Физики из проекта ATLAS получили возбужденную версию мезона B c + в высокоэнергетических протон-протонных столкновениях на Большом адронном коллайдере.

По данным исследовательской группы, B c *+ быстро распадается на мезон B c + и фотон.

Обнаружение этого фотона вместе с продуктами распада мезона B c + предоставило бы исследователям неопровержимое доказательство наличия мезона B c *+ .

Однако главная проблема заключается в том, что ожидаемая масса B c + мезона лишь немного больше массы B c + мезона, а это значит, что фотон, образующийся при распаде, несет очень мало энергии.

На самом деле, энергия настолько низка, что её трудно обнаружить обычным способом.

Вместо использования стандартных методов идентификации фотонов, ученые искали фотон, превращающийся в электрон-позитронную пару внутри трекового детектора ATLAS, оставляющий за собой близко расположенные треки заряженных частиц, исходящие из общей точки, смещенной относительно первоначального столкновения протонов.

Эти треки могут иметь поперечный импульс всего 100 МэВ — значительно ниже, чем те, которые обычно изучаются в анализах ATLAS.

Это потребовало от авторов применения специальной процедуры реконструкции треков для успешной реконструкции фотонов и, следовательно, идентификации мезона B c *+ .

Измеренная разница масс между мезоном B c *+ и мезоном B c + составляет 64,5 ± 1,4 МэВ.

«Это находится в пределах имеющихся теоретических ожиданий, хотя и несколько отклоняется от самых последних высокоточных современных расчетов», — заявили физики. «Этот результат предоставляет ценную новую информацию для теоретических моделей, описывающих массы частиц, содержащих более тяжелые кварки, и поможет улучшить понимание сильного ядерного взаимодействия».