Детектор LHCb не підтверджує існування частинки, знайденої раніше на Тэватроне

Днями в архіві е-принтів з’явилася стаття колаборації LHCb (arXiv:1202.5087), в якій описуються результати пошуку частинки X(4140) — або Y(4140), як ще її інколи позначають. Перші натяки на існування цієї частинки стали з’являтися три роки тому в даних детектора CDF, який працював на американському колайдері Теватрон. Вивчаючи розпади B-мезонів на три мезона — J/Ψ, φ і K, фізики помітили, що пара J/Ψ і φ іноді народжувалася скоррелированно — так, ніби спочатку з’являлася якась нова частинка, а потім, через деякий час, вона розпадалася на J/Ψ і φ (рис. 1). В минулому році, після набору нових даних і поліпшення статистичної достовірності, мова йшла вже про повноправне відкритті цієї частинки (рис. 2). Більш того, CDF тоді знайшла і другу частинку в тому ж каналі розпаду, але статистична достовірність цього сигналу була менше.


Рис. 1. Схема народження і розпаду частинки X(4140). Джерело зображення

Процес народження і розпаду частинки X(4140) свідчить про те, що це мезон, але з незвичайними властивостями. Він повинен містити очарованную кварк-антикварковую пару, однак при такій великій масі (приблизно 4143 Мев) він тоді повинен був би легко розпадатися на D-мезони. Але виявилося, що X(4140) живе набагато довше, і значить, щось в його структурі заважає простому розпаду на D-мезони.

 


Рис. 2. Дані детектора CDF з пошуку частинки X(4140). По горизонталі показана різниця інваріантних мас продуктів розпаду пари (J/Ψ+φ) і лише одного J/Ψ-мезона. Дані показані гістограмою. Синя штрихова лінія — очікуваний фон (тобто некоррелированное народження J/Ψ і φ), червона лінія — фон плюс дві нові частинки. Високий вузький пік зліва — це і є прояв X(4140). Зображення із статті колаборації CDF

Властивості цієї частки дуже зацікавили теоретиків, оскільки саме так повинні проявляти себе многокварковые адрони, які в «зоопарку» елементарних частинок залишаються екзотикою. Як влаштовані многокварковые адрони і чому вони зустрічаються так рідко — одне з найболючіших питань сучасної адронной фізики. Фахівці сподівалися, що уважне вивчення характеристик цього та інших подібних частинок на різних колайдерах допоможе знайти на них відповіді.

У такій ситуації результат LHCb виявився неприємним сюрпризом. Попередні результати пошуку цієї частки на інтегральної світності 0,37 fb–1 були оприлюднені ще влітку 2011 року, а зараз, з виходом статті, вони стали остаточними («остаточними», зрозуміло, на цьому обсязі статистики; після введення та опрацювання нових даних результати будуть оновлюватися). Колаборація LHCb «пройшлася» по тій же ланцюжку розпадів і не виявила ніякого особливо скоррелированного народження J/Ψ і φ мезонів. На рис. 3 показано їх дані, аналогічні рис. 2. Синій штрихованої лінією показано, як приблизно мала б вести себе гістограма, якщо б обидві частинки, знайдені CDF, були реальними. Червона лінія — очікуваний фон від некоррелированного народження цих мезонів. Як видно, дані LHCb цілком укладаються в фон і не підтверджують знахідку Тэватрона.

 


Рис. 3. Дані детектора LHCb з пошуку частинки X(4140). Червоним показано фон, штриховий синьою лінією — очікуване поведінка гістограми, якщо б дві частинки, знайдені на CDF, були реальними. Зображення із статті колаборації LHCb

Чи означає це, що ніякої частинки X(4140) насправді не існує? Якщо акуратно сформулювати те, що показують дані, то висновок поки такий: є розбіжність між LHCb і CDF на рівні 2,4 стандартних відхилень. Це означає, що залишається деякий шанс, що або у LHCb, або у CDF, або в обох експериментах відбулися невдалі статистичні флуктуації, які і призвели до розбіжності. Але це також може означати і те, що особливих флуктуацій немає, а в одному з експериментів була допущена помилка або недооцінена похибка при аналізі даних. В даний час нічого певного сказати не можна; для цього треба як мінімум дочекатися нових даних LHCb.

Так чи інакше, ненаблюдение X(4140) поповнило список вимірювань, в яких результати Тэватрона і LHC істотно розходяться один з одним.

arXiv:1202.5087

 

 

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *