Все новости

На БАК открыли новую частицу и закрыли пробел в кварковой модели. В ближайшее время наблюдения коллаборации на Большом адронном коллайдере должны быть подтверждены сторонними исследовательскими группами

Коллаборация LHCb (ЦЕРН), куда входят Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера Сибирского отделения РАН и Новосибирский государственный университет, заявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).

Первое в истории наблюдение частицы ψ3(1D) позволило закрыть один из пробелов в существующей кварковой модели. Об этом было объявлено на Международном совещании по электрон-позитронным столкновениям в области энергии от Phi до Psi, проходящем сейчас в Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН с 25 февраля по 1 марта 2019 года

По современным представлениям все адроны (частицы, в число которых входят и барионы, из которых состоим мы с вами) состоят из «подчастиц» — кварков трех типов, а также соответствующих им антикварков. Кварки и антикварки связаны в адронах сильным взаимодействием. В норме эти частицы невозможно «рассмотреть» по отдельности из-за их сильной связи, поэтому ученые изучают их на ускорителях, где происходит, например, аннигиляция высокоэнергетических электронов и антиэлектронов, либо столкновения разогнанных до огромных скоростей ядер атомов водорода. После таких процессов рождаются не сразу «готовые» адроны, а сначала пары кварк-антикварк, которые потом уже превращаются в адроны. Кварковая модель адронов среди прочего описывает и возможные состояния c-кварков и анти c-кварков (очарованных кварков и очарованных антикварков). Связанным состоянием c-кварка и анти c-кварка (именно такое состояние — базовый «кирпичик» многих адронов) является чармоний, первый из которых был открыт в 1974 году. На сегодня чармониев известно около 20, но это не значит, что ситуация с ними полностью понятна.

Дело в том, что кварковая модель уже не раз предсказывала такие чармонии, которые не удавалось наблюдать в эксперименте. Многолетние попытки найти их, в том числе на БАК, были безуспешны, причем оставалось неясным — почему. При недавней регистрации нового чармония — пары очарованного кварка и очарованного антикварка, назывнных ψ3(1D) — отчасти стало ясно, почему так долго эти поиски не приносили успеха. Сигнал от новой частицы обладает удивительным свойством – он очень «узкий» (узок диапазон условий столкновений, при которых его удается зарегистрировать), хотя для частиц с данной массой типичная ширина должна быть в 10-20 раз больше. Поэтому авторы открытия сперва полгода проверяли, не ошиблись ли они. Теперь, однако, они накопили достаточно данных, чтобы заявить об открытии и теперь лишь ожидают проверки своих результатов другими научными группами по всему миру.

Наблюдаемая энергия и узкая ширина сигнала действительно позволяют говорить об обнаружении нового состояния чармония со спином (моментом вращения частицы) равным 3, ранее не наблюдавшегося ни в одном эксперименте. Однако массы и ширины сигнала недостаточно, чтобы идентифицировать частицу полностью, поэтому пока необходимо продолжать набор статистики протон-протонных столкновений с нужными параметрами на БАК. Параллельно с экспериментами на БАК, где изучаются аннигиляции при протон-протонных столкновениях (столкновения ядер атомов водорода), проверить вероятность рождения ψ3(1D) можно также в эксперименте Belle II в Японии, в котором происходит столкновение электронов и антиэлеткронов (позитронов). Причем проверить не совсем обычным способом: в японском эксперименте частицы со спином 3 (и в том числе новооткрытая) и не должны рождаться, потому что при столкновении электрона и антиэлектрона это не ожидается существующими кварковыми моделями. Если такой же сигнал не удастся получить на японской установке  — его придется признать не артефактом наблюдений, а вполне настоящим.

 Иван Ортега