БАК обнаружил два возбужденных состояния прелестного лямбда-бариона

Группа LHCb сообщила об открытии двух новых частиц, которые предположительно являются резонансами прелестного лямбда-гиперона. Масса новых частиц составляет 6146 и 6152 мегаэлектронвольт. Об открытии ученые рассказали на конференции EPS-HEP (The European Physical Society Conference on High Energy Physics), кратко о нем сообщает пресс-служба Института ядерной физики (ИЯФ) Сибирского отделения РАН.

Повседневный опыт учит нас, что свойства тел определяются их составом. Если у вас есть несколько предметов, которые состоят из одинаковых «кирпичиков», то в более тяжелом предмете «кирпичиков» будет больше. Например, в трехэтажном доме больше кирпичей, чем в двухэтажном, а в модели «Сокола тысячелетия» больше кубиков LEGO, чем в «Звездном истребителе типа X». Иногда этот принцип называют принципом комбинирования, или принципом надстройки. Этот интуитивный принцип работает не только в повседневной жизни, но и в физике — например, ядра более тяжелых химических элементов содержат больше нуклонов.

Однако на субъядерном уровне принцип комбинирования нарушается: оказывается, что из одних и тех же кварков можно собрать совершенно разные частицы. Исторически первым примером такого нарушения был дельта-плюс резонанс Δ⁺(1232) — частица, которая состоит из двух u-кварков и одного d-кварка и «весит» 1232 мегаэлектронвольта. Легко заметить, что состав дельта-плюс резонанса полностью совпадает с составом протона, однако масса частиц отличается почти на треть. Кроме того, протон и дельта-резонанс отличаются спином и изоспином. В дальнейшем физики открыли еще более тяжелых «собратьев» протона, собранных из тех же трех кварков, но имеющих другие значения квантовых чисел и массы. По аналогии с дельта-плюс резонансом такие частицы-собратья называют резонансами, а за их буквенным обозначением пишут массу в мегаэлектронвольтах (чтобы не путаться). Подробнее про резонансы можно прочитать в материалах «Многоликий протон» и «Восьмеричный путь Вселенной».

Частицы, которые недавно открыли на Большом адронном коллайдере — это тоже резонансы, но только резонансы прелестного лямбда-гиперона Λ_b, состоящего из u-кварка, d-кварка и b-кварка. Масса основного состояния, которое собственно называют прелестным лямбда-гипероном, находится на уровне 5620 мегаэлектронвольт, а время жизни — примерно 1,4 пикосекунды. Масса же только что открытых частиц составляет 6146 и 6152 мегаэлектронвольт. Испуская π^±-мезоны, новые частицы могут превратиться в резонансы сигма-гиперонов Σ_b^± и Σ_b^*±, а также свалиться в основное состояние Λ_b.

Важность этого результата заключается не столько в открытии новых частиц, сколько в возможности проверки кварковой модели строения адронов. Дело в том, что теоретически рассчитать строение адронов очень сложно из-за непертурбативных эффектов Квантовой хромодинамики. Поэтому в настоящее время физики не умеют надежно предсказывать массу, время жизни и вероятности распада резонансов. Решить эту проблему должны феноменологические теории, которые нужно подгонять под экспериментальные данные. Чем больше данных — тем лучше будет работать теория, и тем больше шансов понять, почему адроны так устроены. А поскольку в настоящее время физикам известно сравнительно мало резонансов, содержащих прелестные кварки, новые частицы особенно важны для теоретиков.

Впрочем, физики отмечают, что пока они не могут исключить вероятность того, что новые частицы являются резонансами других прелестных барионов — например, прелестного сигма-гиперона Σ_b⁰. Чтобы окончательно убедиться в природе частиц, нужно набрать больше статистики, измерить квантовые числа частиц и независимо проверить полученный результат на других ускорителях. Подобная проверка будет возможна после 2026 года, когда закончится очередная модернизация Большого адронного коллайдера.

Больше новостей, посвященных открытиям Большого адронного коллайдера, можно найти в рубрике «Второй сезон коллайдера». Кроме того, в этой рубрике можно подробно прочитать про устройство коллайдера, анализ больших данных и перспективы проводимых на нем исследований.

Дмитрий Трунин