В ходе эксперимента Belle исследователи впервые измерили энергетическую зависимость эксклюзивных реакций рождения B-мезонов. Новые данные позволят выяснить природу группы экзотических Upsilon-мезонов, имеющих массы в области энергий от 10.63 до 11.02 гигаэлектронвольта. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of High Energy Physics. В эксперименте Belle принимали участие более 400 исследователей, включая сотрудников Международной лаборатории физики элементарных частиц ВШЭ.
Рис. 1. Кварки — элементарные частицы, из которых состоят составные частицы — барионы и мезоны.
Кварки имеют дробный электрический заряд и делятся по парам на три поколения в порядке возрастания массы: up и down, charm и strange, top и bottom.
Первый Upsilon-мезон, состоящий из b- и анти-b-кварков, был обнаружен в 1977 году. Это событие одновременно стало обнаружением b-кварка, за что авторы исследования, американские ученые Макс Ледерман, Мелвин Шварц и Джек Стейнбергер, получили Нобелевскую премию в 1988 году.
В 2008 году ученые впервые обнаружили, что состояния Upsilon-мезонов с высокой энергией имеют аномальные свойства. Выяснение причин этих неожиданных свойств — один из открытых вопросов в адронной физике. Выводы теоретических исследований сходятся на том, что внутри сильно возбужденных Upsilon-состояний имеются дополнительные степени свободы: легкие кварк и антикварк или валентный глюон. Такие многочастичные связанные состояния называются экзотическими адронами, до недавнего времени они не были известны. Для разделения различных моделей о структуре сильно возбужденных Upsilon-мезонов требовались дополнительные экспериментальные данные. Такие данные были набраны в эксперименте Belle в 2010 году и легли в основу исследования, опубликованного
Детектор Belle работал на электрон-позитронном коллайдере KEK-B в Японии с 1999 по 2010 год. Физики со всего мира изучали свойства B+ и B0-мезонов, состоящих из тяжелого анти-b-кварка и одного легкого u- или d-кварка. Ученые выявили множество редких распадов этих частиц, а также изучили отличия свойств частиц и античастиц (B+ и B-, B0 и анти-B0), что позволило приблизиться к пониманию механизмов возникновения асимметрии вещества и антивещества в современной Вселенной.
При столкновении электрона и позитрона рождается множество частиц, которые, в свою очередь, взаимодействуют или распадаются. Для того чтобы понять, какие реакции произошли после столкновения частиц, современные эксперименты состоят из нескольких «слоев» разных детекторов. В этих слоях происходит регистрация и изучение определенных частиц.
Рис. 2. Детектор Belle (источник: www.kek.jp)
Так, в эксперименте Belle использовался кремниевый детектор для определения точки взаимодействия, дрейфовый детектор — для отслеживания заряженных частиц и счетчик на основе кристаллов иодида цезия — для регистрации фотонов.
Анализ данных сканирования дал информацию об энергетической зависимости сечений целого ряда реакций. При этом в форме сечения рождения слабо возбужденных Upsilon-мезонов совместно с парой pi+pi- мезонов был обнаружен новый тяжелый мезон Upsilon(10750). Все изученные ранее реакции дают относительно небольшой вклад в суммарное сечение. Наконец, сейчас впервые измерены сечения e+e- -> B-анти-B, B-анти-B* и B*-анти-B*, дающие доминирующий вклад в полное сечение. Таким образом, впервые появилась полная совокупность данных об экзотических Upsilon-мезонах, что позволило нескольким теоретическим группам начать работу по объяснению измерений.
«Полученные данные содержат ряд неожиданностей. Сечения e+e- -> B-анти-B, B-анти-B* и B*-анти-B* имеют сложную зависимость от энергии, что может предоставить важную информацию о волновых функциях Upsilon-мезонов. Можно ожидать, что в будущем совместный анализ данных об энергетической зависимости сечений позволит выяснить вопрос структуры сильно возбужденных Upsilon-мезонов», — комментирует один из авторов статьи, ведущий научный сотрудник Международной лаборатории физики элементарных частиц ВШЭ Роман Мизюк.
Пресс-служба ВШЭ
Нет комментариев