В экспериментах на Большом адронном коллайдере обнаружена новая кси-частица

Установленный на Большом адронном коллайдере детектор CMS, фиксирующий результаты протон-протонных столкновений, обнаружил следы распада не наблюдавшейся ранее прелестной кси-частицы.

Прелестные кси-барионы встроены в общепринятую кварковую модель и входят в группу частиц, содержащих один странный и один прелестный валентный кварк. К этой группе относятся, скажем, основное состояние Ξ_b с J^Р = 1/2⁺ (здесь J — спин, а P — чётность), возбуждённое состояние Ξ*_b с J^Р = 3/2⁺ и пара состояний Ξ**_b с J^Р = 1/2^– и 3/2^–. Все эти барионы могут быть нейтральными (содержать, в дополнение к странному и прелестному, верхний кварк) или отрицательно заряженными (в этом случае место верхнего кварка занимает нижний).

Распады нейтрального и отрицательно заряженного основных состояний Ξ_b⁰ и Ξ_b^– физики уже регистрировали, о чём мы рассказывали в прошлом году. В обсуждаемой работе коллаборации CMS речь идёт о новом для экспериментаторов возбуждённом состоянии Ξ*_b⁰, которое, как предполагалось, должно распадаться на Ξ_b^–-барион и пи-мезон π⁺.

Полная цепочка распада Ξ*_b⁰, который приводит к появлению одного протона р, двух мюонов μ и трёх пи-мезонов, приведена на рисунке ниже. Если все эти конечные частицы зарегистрированы, физики приступают к реконструкции и поиску следов интересующих их барионов — проходят по цепочке в обратную сторону, то есть начинают с событий, которые имеют все признаки распада лямбда-бариона Λ⁰ на пи-мезон и протон, затем отбирают события, отвечающие гипотезе о распаде кси-бариона Ξ^– на Λ⁰ и π^–, и так далее. На последнем этапе работы рассчитывается величина Q = M(J/ψΞ^–π⁺) – M(J/ψΞ^–) – M(π) — разность между измеренной инвариантной массой J/ψΞ^–π⁺ и суммой масс продуктов распада Ξ*_b⁰: J/ψ-мезона, Ξ^– и заряженного пи-мезона. Пик в распределении этой величины по энергии свидетельствует о наблюдении Ξ*_b⁰.

Схема распада Ξ*b0 (иллюстрация CMS Collaboration).

Признаки распада Ξ*_b⁰ участники коллаборации пытались отыскать в массиве данных, собранных CMS в прошлом году и отвечающих интегральной светимости в 5,3 обратного фемтобарна. К своему удовлетворению, на построенном по итогам работы распределении Q, которое показано на графике ниже, физики отметили выраженный пик в области 12–18 МэВ. Значимость этого сигнала превысила пять стандартных отклонений.

Определив Q, которая оказалась равна 14,84 ± 0,74 (стат.) ± 0,28 (сист.) МэВ, и взяв известные массы отрицательно заряженного кси-бариона Ξ_b^– и заряженного пи-мезона, авторы рассчитали массу нового возбуждённого состояния: 5 945,0 ± 0,7 (стат.) ± 0,3 (сист.) ± 2,7 МэВ.

Последнее число в этой записи к собственно экспериментам не относится и отражает лишь неопределённость массы Ξ_b^–.

Распределение Q (иллюстрация CMS Collaboration).

Препринт статьи, подготовленной участниками CMS, можно найти  тут.

Подготовлено по материалам ЦЕРН.