Получены новые данные об экзотических тяжелых адронах

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. Первый Upsilon-мезон, состоящий из b- и анти-b-кварков, был найден 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 в журнале Journal of High Energy Physics.

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.

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.

НИУ ВШЭ

102 статей

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» — одно из крупнейших и самых востребованных высших учебных заведений России, стран СНГ и государств Восточной Европы. В НИУ ВШЭ представлены все уровни образовательной подготовки (от лицея для школьников до аспирантуры и MBA) по широкому спектру направлений в области социально-экономических, гуманитарных, юридических, инженерных, компьютерных, физико-математических наук, а также творческих специальностей. Научные подразделения ВШЭ — институты, центры, лаборатории, возглавляемые ведущими российскими и зарубежными учеными, ориентированы как на фундаментальные исследования, так и на прикладные разработки по заказам федеральных и региональных органов власти, министерств и ведомств, российских и зарубежных компаний. Высшая школа экономики стабильно занимает высокие места в предметных рейтингах Times Higher Education (THE) и QS, а также является единственным российским университетом в топ-50 рейтингов молодых университетов сразу двух агентств.

Показать больше