Физики из BESIII нашли три новых чармонийподобных мезона

Физики из коллаборации BESIII нашли три новых резонанса при электрон-позитронном рассеянии с образованием D-мезонов и положительного пиона — e⁺e⁻→D^*0D^*−π⁺. Обнаруженные чармонийподобные мезонные состояния ψ(4210), ψ(4470) и ψ(4660) имеют схожие черты с резонансами, найденными ранее учеными в других каналах рассеяния. Исследование сечения рассеяния в иные конечные состояния и при других диапазонах энергий позволит в будущем понять, из чего состоят эти экзотические частицы. Работа опубликована в Physical Review Letters.

Кварки часто рождаются парами частица-античастица. В этом случае они могут образовать связанное состояние — кварконий. Примером кваркония можно назвать чармоний — связанную пару очарованных кварка и антикварка. Такое образование можно сравнить с обычным атомом: система кварков имеет основное и множество возбужденных состояний с различными энергиями и квантовыми числами. Но в отличие от атомов степень возбуждения существенно влияет на массу и спин всей системы, а также на каналы его распада, из-за чего разные состояния чармония проще считать разными частицами.

Чармоний, вернее, одно из его возбужденных состояний — J/ψ-мезон — стал первым открытым кварконием. Это случилось в 1974 году. С тех пор физики исследовали множество резонансов, соответствующих разным уровням возбуждения кварков различного аромата. Но некоторые частицы, хотя и имели свойства, напоминающие какой-либо кварконий, не вписывались в парную модель. Такие экзотические мезоны получили общее название XYZ-частиц, оставаясь при этом объектом дискуссии среди физиков, изучающих элементарные частицы касательно того, что они из себя приставляют.

Большую роль в исследовании чармонийподобных состояний играет китайская коллаборация BESIII. В своем новом исследовании физики из этой группы обнаружили три новых резонанса, измеряя сечение процесса e⁺e⁻→D^*0D^*−π⁺. Авторы проводили серию столкновений в электрон-позитронном коллайдере BEPCII в диапазоне энергий от 4,189 до 4,951 гигаэлектронвольта в системе центра масс и отсеивали события, соответствующие рождению D-мезонов и пиона.

Резонансы проявились при энергиях 4209,6±4,7±5,9, 4469,1±26,2±3,6 и 4675,3±29,5±3,5 мегаэлектронвольта с ширинами 81,6±17,8±9,0, 246,3±36,7±9,4 и 218,3±72,9±9,3 мегаэлектронвольта, соответственно. Согласно общепринятой нотации они получили обозначения ψ(4210), ψ(4470) и ψ(4660). Авторы предположили, что первое чармонийподобное состояние напоминает резонанс ψ(4210), второе — ψ(4500) и третье — Y(4660), найденные BESIII ранее в других реакциях столкновения электронов и позитронов. Тем не менее, по словам авторов, пока рано делать выводы о том, что  же представляют собой эти резонансы, и требуется провести аналогичное исследование для всех конечных состояний.

Столкновения электронов с позитронами позволяют узнавать много нового физикам из BESIII. Ранее мы рассказывали, как ученые из этой группы напрямую измерили разность фаз слабого взаимодействия у дважды странных барионов, а также нашли осцилляции в электромагнитном форм-факторе нейтрона. А совсем недавно их коллеги из лаборатории Джефферсона оценили массовый радиус протона по припороговому фоторождению J/ψ-мезонов.