LHCb atrado penkias naujas Ωc-barionų šeimos daleles • Igoris Ivanovas • "Mokslo naujienos" "Elementai" • Fizika, LHCb detektorius, "Hadron Properties", LHC

LHCb atrado penkias naujas daleles iš baryonų šeimos Ω c

Pav. 1. Tipiškas įvykis, kai gimė didelis Hadronų skaičius, užregistruotas LHCb detektoriumi. Dalykos, gimusios asimetriniame susidūrime, praeina per nuoseklius detektoriaus sluoksnius, kurie identifikuoja dalelių tipą ir išmatuoja jų energiją. Dainos kita spalva Čia žymimos skirtingos dalelės. Paveikslėlis iš "home.cern"

LHCb bendradarbiavimas Didžiojo "Hadron Collider" paskelbė, kad iš karto atpažino penkis naujus sunkius baryonus iš Ω šeimos.c. Tai yra susijaudinęs kvartalo trigubos būsenos [ssc], kurių masės yra nuo 3000 iki 3120 MeV. Net su didelėmis masėmis, apie 3200 MeV, buvo nustatyta plati struktūra, kurios tikslumas dar nėra aiškus. Šis atradimas aiškiai parodo, kiek jautresnė yra LHCb eksperimento palyginimas su visais ankstesniais detektoriais sunkios barijoninės spektroskopijos studijose.

Žinomų elementarių dalelių klasifikacija yra šiek tiek panaši į botaniką. Jau yra šimtai atskirų адронов, kurie yra patikimai žinomi ir aprašyti – dalelės, dalyvaujančios stiprios sąveikos, ir yra dar keletas šimtų, kurie vis dar yra abejonių. Šie hadonai turi labai skirtingą masę ir pločius ir parodo didžiulę įvairaus pobūdžio žlugimo galimybes.Kas dveji metai – speciali autorių komanda Dalelių duomenų grupė skelbia atnaujintą visų žinomų savybių santrauką, kuri užima maždaug tūkstantį puslapių mažo teksto. Tačiau nereikia perteikti šio talmudo: visa ši informacija pateikiama patogia forma komandos interaktyvioje svetainėje.

Laimei, kadrono klasifikacija pagrįsta aiškiu ir paprastu kvarco modeliu (žr. Išsamią informaciją apie Hadrono klasifikacijos puslapį). Visi žinomi baryonai susideda iš trijų kvarkų, kuriuos palaiko stipri sąveika. Penkių tipų kvarkų sujungimas – šviesa tu ir dkeistas kvarkas s ar sunkesni c (enchanted) ir b (puikus), – jūs galite gauti daugybę адронов su įvairiomis savybėmis.

Pav. 2 parodyta klasifikacija ir visuotinai pripažinta barijonų žymėjimo nomenklatūra, kurioje yra pirmieji keturi kvarkų tipai. Čia dalelių organizavimas yra labai natūralus: judėdami iš kairės į dešinę d-karkas pakeistas tu, važiuodami mus – pasirodys s-kvaras, o lėktuvai skiriasi pridedant ckvarkas Ω šeimosc su kvarco kompozicija [ssc], kuris bus aptartas šioje naujienoje, yra diagramos centre.

Pav. 2 Tradicinė barijonų pavadinimo nomenklatūra, kurioje yra tik kvarkai tu, d, s arba c. Nuotrauka iš pdg.lbl.gov

Klasifikacija tampa dar turtingesnė, jei manome, kad kvarkai gali judėti viena nuo kitos įvairiais būdais. Kaip ir beveik bet kokioje sudėtinėje kvantinėje sistemoje, baryonuose yra pagrindinė būklė, o virš jos yra visos susikerta būsenos kopėčios. Daugeliu atžvilgių jie panašūs į sužadintus elektronų lygius atomų, tačiau skirtingai nuo to, kad jie vadinami tiesiog tos pačios atomo sužadinimu, o į kadrono spektroskopiją susikaupusios būsenos laikomos nepriklausomomis naujomis dalelėmis. Jie skiriasi sužadinimo energijomis (taigi ir bendra masė), bendra nugara, vidinis kvarkų judesys ir dėl to yra skirtingos plyšimo nuostatos. Žemė nurodo, kad kiekvienas kvarkas suplanuotas gana lėtai, dėl silpnos sąveikos (todėl barijonas turi laiko skristi žymiu atstumu iki skilimo), o susikerta būsenos – itin greitai, dėl stipraus sąveikos.

Visi baryonai, parodyti fig. 2, yra pagrindinės būsenos atitinkamam kvarkių rinkiniui.Virš kiekvienos iš jų yra sujungtų būsenų kopėčios – naujos elementariosios dalelės, kurios yra pažymėtos vienu ir tuo pačiu raidiniu, bet mastelio reikšmė priskiriama skliausteliuose. Tarkime, pagrindinė būklė Ωc masė yra 2695 MeV, o pirmoji susijaudinta būklė, kuri skiriasi tik visais nugara, yra žymima Ωc(2770). Galima suprasti, kad perversmo energija "kaina" yra vienos iš kvarkų grąža – beveik 100 MeV.

Iki šiol tik šios dvi valstybės apribojo mūsų informaciją apie [ssc] -sistema. Tuo tarpu kiti baryonai, esantys toje pačioje plokštumoje, pav. 2, buvo eksperimentiniu būdu išvystyta daug geriau. Ir teoretikai, kurie tiria spektroskopijos ir hadono savybes, labai susidomėję tokiomis sistemomis kopėčiose, kuriose viena kvarka yra sunki, o kitos yra lengvos.

LHCb bendradarbiavimas nusprendė ištaisyti šią praleidimą ir ieškojo kitų susijaudinimų Ωcsistemos, kurių masė viršija 2960 MeV. Tuo tikslu analizuojami beveik visi iki šiol sukaupti statistiniai duomenys: tai yra visa "Run 1" sesijos duomenų suma (visa šviesumas 1 fb−1 apie 7 TeV energiją ir 2 fb−1 apie 8 TeV energiją) ir pradinį "Run 2" sesijos tūrį (0,3 fb−1)Neseniai paskelbtame straipsnyje pateikiama informacija apie turtingą "laimikį": penkias patikimai atpažintas susijaudinusias "Ω sistemos" būsenas pateko į bendradarbiavimo tinklą.c ir viena plati struktūra, dėl kurios fizikai kol kas nesilaiko vienareikšmiškų interpretacijų.

Eksperimentų patogumui Didžiojo Hadrono Collider'yje yra tai, kad protonų susidūrimų metu gimsta daugybė адронов, todėl nereikia jaudintis. Sunkiau atpažinti pageidaujamą dalelę dėl jos išsiliejimo. Patogiausias būdas yra paskirstyti dalelės skilimo produktų invariantą. Paprastai šis paskirstymas yra lygus, o nauja dalelė pasireiškia kaip rezonuoja – staigus sprogimas lygios priklausomybės fone. Čia yra keletas spąstų (tokių grafikų aštrumas ne visada atitinka naują dalelę), bet apskritai tai yra standartinis požiūris. Tai yra meno rūšis, ir kiekvieną kartą, kai fizikai sugeba įsisavinti tam tikrą skilimo kanalą, atsiranda atradimai. Pavyzdžiui, neseniai atrasti tie patys LHCb bendradarbiavimo keturkarkas ir pentaquark su paslėptu žavesiu yra puikios šios technikos iliustracijos.

Nagrinėjamame straipsnyje ieškoma naujų susijaudinimų būsenų Ωc-baryonas buvo vykdomas per tokių būsenų skilimą į sistemą \ (\ Xi ^ + _ c K ^ – \), kurių kvarco kompozicija skiriasi tik poromis tu-anti-tu. Bendra šių dviejų dalelių masė yra 2960 MeV, todėl jose gali išsilyginti tik tos būsenos, kurios yra sunkesnės už šią ribinę vertę. Dalelė \ (\ Xi ^ + _ c \) yra kvarco kombinacijos pagrindinis būvis [usc], o tai reiškia, kad ji gyvena pakankamai ilgai, kad atsikrato nuo kelių milimetrų nuo gimimo vietos ir suskaidytų ten. Ši antrinė viršūnė, iš kurios turėtų skraidyti \ (pK ^ – \ pi ^ + \), lūžio produktai \ (\ Xi ^ + _ c \) yra gerai atskirtos erdvėje nuo momento susidūrimo protonų – ir šis atskyrimas labai padeda nustatyti teisingi įvykiai. Kartu su tyrimu sistemos инвариантной masės \ (pK ^ – \ pi ^ + \), tai leidžia identifikuoti lūžio produktą \ (\ Xi ^ + _ c \) iš viso maišymo mišinio, kuris mato detektorių LHCb (1 pav.). Apskritai apie milijoną tokių įvykių buvo.

Kiekvieną kartą, kai įvykis yra \ (\ Xi ^ + _ c \) – barionas, fizikai bandė jį sujungti su kitu-mezonas ir išmatuoti инвариантную masę \ (\ Xi ^ + _ c K ^ – \) – sistema. Tai padarė maždaug šimtai tūkstančių įvykių. Rezultatas, išanalizavus visus statistinius duomenis, buvo surinktas įspūdingas pavyzdys \ (\ Xi ^ + _ c K ^ – \), ir buvo galima pastatyti labai išsamų pasiskirstymą pagal jų invariantinę masę. Ši grafika, parodyta fig.3, yra pagrindinis darbo rezultatas.

Pav. 3 Invariančiųjų masių \ (\ Xi ^ + _ c K ^ – \) – sistemų paskirstymas nuo slenksčio iki 3300 MeV. Juodieji taškai – eksperimentiniai duomenys raudona kreivė – geriausias duomenų aprašymas, atsižvelgiant į fono ir kelis naujus rezonansus, raudona histograma – bandymo paskirstymas. Vaizdas iš aptariamo straipsnio

Akivaizdu, kad eksperimentiniai duomenys pagamina penkis aštrius, smailus pikas masių 3000, 3050, 3066, 3090 ir 3119 MeV. Jų plotis yra keletą MeV arba net mažiau nei 1 MeV Ωc(3050). Jų statistinė reikšmė yra labai didelė ir kartais viršija 20σ, tačiau akivaizdu, kad nėra jokių abejonių dėl jų egzistavimo. Be to, naudojant net didelių masių, statistinė analizė rodo, kad yra didelis kumpis, kurio smailė yra 3188 MeV. Ši apkaba gali turėti skirtingą kilmę; Straipsnyje buvo analizuojami kai kurie variantai, tačiau jis dar negavo galutinio paaiškinimo.

LHCb bendradarbiavimas taip pat atliko keletą patikrinimų, kad aptiktos rezonancijos atspindi tikrą sustiprintą sąveiką ir nėra šalutinių veiksnių rezultatas. Pavyzdžiui, toje pačioje nuotraukoje. 3 yra žemiau esanti raudonoji juostos schema.Tai yra įvykiai, kurie atrodo beveik vienodi, išskyrus tai, kad trys dalelės \ (pK ^ – \ pi ^ + \) šiek tiek skiriasi masės \ (\ Xi ^ + _ c \) – barionas. Dėl to nėra matomų struktūrų.

Atlikta dar vizualinė analizė, kurioje dalelė \ (\ Xi ^ + _ c \) buvo atstatyta taip pat, bet tada fizikai bandė sujungti ją ne su neigiamu, bet su teigiamu K-mezono (4 pav.). Tokie nereguliarūs deriniai neturėtų sukelti jokių sprogų, o duomenys parodė tai. Be to, akivaizdu, kad iš pat pradžių, kai prasideda gimimo riba, abu grafikai elgiasi kitaip. Raudona, su ta pačia įkrauta dalelėmis, prasideda nuo nulio ir auga sklandžiai, o juoda, su priešingomis dalelėmis įdėta dalelėmis, smarkiai šokinėja ir žymi save iki pirmojo rezonanso. Analizė parodė, kad šį skirtumą taip pat visiškai paaiškina tie patys nauji baryonai. Faktas yra tas, kad kai kurie iš jų iš tikrųjų išnyko per kitą kanalą ir kartu su tuo pačiu galutinių dalelių rinkiniu sukūrė dar vieną fotoną. Šis fotonas pernešė energiją, tačiau į tai nebuvo atsižvelgta renkant įvykius ir atkuriant inkarinės masės adronus.Dėl to nauji rezonantai sukūrė papildomą "spindesį" ant diagramos su netiesiogine masė mažesnė už savo masę; tai yra pilka spalvota sritis, pav. 3. Visa tai dar kartą įtikina mus, kad analizė buvo atlikta teisingai ir kad nėra jokių paslėptų objektų, galinčių sukelti fizikų klaidingą kelią.

Pav. 4 Teisingo palyginimas (juodi taškai) ir neteisingas (raudona histograma) \ (\ Xi ^ + _ c K \) – deriniai. Vaizdas iš aptariamo straipsnio

Kalbant apie aptiktų dalelių aiškinimą, tai ateities darbų ir matavimų aikštelė. Iki šiol mokslininkai nepateikė jokių išvadų apie jų nugarą, paritetą, orbitalinį judėjimą kvarkų viduje. Įdomu sužinoti, kaip aiškiai šie teoretikai galės paaiškinti šį susijaudinčių valstybių spektrą. Čia yra papildoma intriga – tuščia sritis, kurios masės yra mažesnės nei 2960 MeV, kurių negalima patikrinti šiuo metodu. Kas žino, kiek nesudėtingų susijaudinimų yra Ωc-baryonas ten slepiasi!

Šaltinis: LHCb bendradarbiavimas. Stebimas penkių naujų siauras Ωc teigia, kad susilpnėja iki Ξc+K // preprint arXiv: 1703.04639 [hep-ex] (2017 m. kovo 14 d.).

Taip pat žiūrėkite:
1) LHCb pastebi išskirtinai didelę dalelių grupę, užrašą CERN svetainėje.
2) Pasirinkti LHCb bendradarbiavimo rezultatai su prieinama aprašymo atradimu.

Igoris Ivanovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: