​​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила о новых данных, полученных при анализе частицы X(3872). Частица была обнаружена в 2003 г. в эксперименте Belle (KEK, Исследовательская организация ускорителей высоких энергий, Япония), но до сих пор специалистам не удалось прийти к единому мнению о кварковой структуре этой частицы. Участникам эксперимента LHCb удалось с лучшей в мире точностью измерить ширину и массу X(3872), а также сделать некоторые предположения о ее природе. Эксперименты на детекторе КЕДР электрон-позитронного коллайдера ВЭПП-4М ИЯФ СО РАН помогли специалистам CERN с высокой точностью измерить один из параметров X(3872). Результаты опубликованы на сайте ЦЕРН.


19.05 X3782 в эксперименте LHCb. Иллюстрация LHCb 

X(3782) в эксперименте LHCb. Иллюстрация LHCb

«Как правило, если какая-то частица открыта, то уже через пару лет у специалистов появляется понимание, что она из себя представляет. Исследование X(3872) уникально в том смысле, что на протяжении уже семнадцати лет с ее открытия у нас все еще нет представления о ее внутренней структуре, – рассказал сотрудник коллаборации LHCb, старший научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова НИЦ «Курчатовский институт» (ИТЭФ), кандидат физико-математических наук Иван Беляев. – Нам были известны лишь ее довольно необычные свойства. Во-первых, при большой массе X(3872) ее ширина настолько маленькая, что мы практически не видели ее, а, во-вторых, ее масса совпадает с суммой масс двух других частиц – D0 и D*0 (D-ноль-мезон и возбужденный D-ноль-мезон)».

Частица X(3872) очень интересна специалистам. Статья, в которой сообщалось об открытии этого состояния, высокоцитируемая, на нее дается свыше 1700 ссылок. Это самая цитируемая работа эксперимента Belle. При этом для подобных экспериментальных работ уже 500 ссылок считается рекордом. Среди других лидеров по цитируемости можно выделить также обнаружение бозона Хиггса и J/Ψ мезона (джи-пси мезона).

«Гипотез о природе частицы X(3872) довольно много, но основных три, – рассказал главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, участник коллаборации LHCb, доктор физико-математических наук Семен Эйдельман. – Например, гипотеза тетракварка предполагает, что частица состоит из c кварка и анти-c кварка, а также пары легких кварка и антикварка (u или d). Другая гипотеза описывает X(3872) как молекулу, то есть слабосвязанную пару очарованных мезон анти-мезонов (по аналогии с обычными молекулами). Третья гипотеза, которую выдвинул выдающийся российский и американский физик-теоретик Михаил Волошин (Университет Миннесоты), называется адрочармоний – состояние, в центре которого связанные c и анти c кварки, а вокруг них облако легких пи-мезонов, то есть совокупность легкого адрона и чармония». Семен Эйдельман пояснил, что сегодня физическое сообщество склоняется к мнению, что X(3872) – это и обычное связанное состояние c кварка и анти c кварка, и молекула одновременно. То есть хитрое гибридное состояние, в котором иногда проявляются молекулярные свойства, а иногда свойства c и анти-c кваркония.

Один из способов разобраться в том, является ли частица молекулой или нет – попытаться определить разницу между массой X(3872) и суммой масс D0 и D*0 мезонов, и понять, положительная она или отрицательная.

«Мы измерили с высокой точностью (в 3 – 4 раз лучшей, чем предыдущие эксперименты) массу, и впервые увидели, что частица X(3872) имеет конечную ширину, то есть ее ширина не ноль, как мы предполагали ранее, и вычислили разницу между массой X(3872) и суммой масс D0 и D*0 мезонов , – пояснил Иван Беляев. – Разница оказалась удивительно маленькой, меньше, чем погрешность измерения, так что мы пока не можем сказать положительная она или отрицательная. Но и это еще не все. Мы увидели, что ширина X(3872) значительно больше (почти в десять раз), чем рассчитанная разница между массами. Все это означает, что частица должна иметь нестандартную форму и описываться сложной функцией. Используя нетривиальный для области энергий эксперимента LHCb метод поиска полюсов комплексной амплитуды, нам удалось «пощупать» форму X(3872). С вероятностью в пределах двух сигм мы можем экспериментально сказать, что в этой частице есть большая компонента из связанных D0 и D*0 частиц, т.е. есть основания полагать, что X(3872) в большей степени является молекулой. Это очень важный результат, в получение которого внесли весомый вклад физики из России и в частности из ИТЭФ».

Как пояснил заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе, академик РАН Александр Бондарь, полученные результаты – важный шаг в исследовании такой замечательной и загадочной частицы, но впереди еще много работы для полного понимания природы данного явления. «Так как масса X(3872) очень близка к порогу рождения пары частиц, на которые в основном идет распад, это неизбежно приводит к сильному искажению функции, описывающей вероятность распада частицы в зависимости от полной энергии продуктов распада. Именно поэтому нельзя только по одному распаду в J/Ψ π+ π-  (джи-пси пи+ пи-) однозначно определить ширину частицы. Требуется изучение и других каналов распада, чем мы сейчас и занимаемся. Сейчас целых три эксперимента могут помочь нам продвинуться в области исследований X(3872): эксперимент LHCb на Большом адронном коллайдере, BESIII в Пекине и Супер B фабрика в Японии», – рассказал Александр Бондарь.

При этом, именно благодаря тому, что один из каналов распада X(3872) – это J/Ψ π+π-, специалистам LHCb удалось повысить точность эксперимента. Дело в том, что такой же канал распада есть у частицы Ψ(2S) (пси(2S)) масса которой с лучшей в мире точностью измерена в ИЯФ СО РАН на детекторе КЕДР электрон-позитронного коллайдера ВЭПП-4М. Она позволила откалибровать эксперимент LHCb с высокой точностью и минимизировать ошибку измерения. Если бы не было сверхточных измерений масс и ширин от эксперимента КЕДР, ошибка массы была бы примерно в два раза больше, а измерение ширины было бы практически невозможным.

«В начале 70-х. гг. XX в. в ИЯФ СО РАН был разработан и экспериментально опробован метод резонансной деполяризации, который позволил с высокой точностью измерить массы D мезонов (D заряженного и D нейтрального), фи-мезона, первого, второго и третьего ипсилон-мезонов, а также массы J/Ψ и Ψ(2S), – добавил Семен Эйдельман. – Массы J/Ψ и Ψ(2S), полученные в ИЯФ СО РАН, по точности превосходят другие измерения. При этом они используются для измерения масс любых частиц в области энергии выше 3 ГэВ. Массу нужной частицы можно измерить с высокой точностью по ее положению относительно масс J/Ψ и Ψ(2S)». По словам Семена Эйдельмана, сейчас на детекторе КЕДР идет анализ данных с целью измерения массы D+a и D0 с еще большей точностью, что поможет еще лучше понять природу X(3872).

В эксперименте LHCb участвуют семь человек из ИЯФ СО РАН и НГУ. Например, группа Института участвовала в открытии двух новых возбужденных состояний прелестного бариона, а также – нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D) и других. В данный момент при участии специалистов ведется несколько анализов по дальнейшему изучению X(3872). Важным вкладом научной группы ИЯФ СО РАН в эксперимент LHCb являются работы по модернизации калориметра (системы, измеряющей энергию и направления фотонов) установки. С 2010 г. коллаборация выпустила более 509 научных статей при участии сотрудников ИЯФ СО РАН.

ИТЭФ в эксперименте LHCb представляет группа из семи человек – меньше 1% состава коллаборации, при этом количество публикаций, подготовленных сотрудниками ИТЭФ, составляет 10% от всех статей коллаборации. Одна из задач, решением которой занимались специалисты ИТЭФ – создание программ обработки данных, которые повысили эффективность работы физиков. Реализованный инновационный подход позволяет получать первые результаты буквально одновременно с набором данных.

Источники

В ЦЕРН уточнили свойства загадочной частицы X(3872)
Наука в Сибири (sbras.info), 28/05/2020
В ЦЕРН уточнили свойства загадочной частицы X(3872)
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН (inp.nsk.su), 28/05/2020
Свойства загадочной частицы Х(3872) исследовали сибирские ученые
Ndn.info, 28/05/2020
В ЦЕРН уточнили свойства загадочной частицы X(3872)
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 29/05/2020
Загадочная частица
Академгородок (academcity.org), 29/05/2020
Загадочная частица
Seldon.News (news.myseldon.com), 29/05/2020
В ЦЕРН уточнили свойства загадочной частицы X(3872)
SMIonline (so-l.ru), 29/05/2020
В ЦЕРН уточнили свойства загадочной частицы X(3872)
Поиск (poisknews.ru), 29/05/2020
В ЦЕРН уточнили свойства загадочной частицы X (3872)
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 30/05/2020
В ЦЕРН уточнили свойства загадочной частицы X(3872)
Индикатор (indicator.ru), 30/05/2020
В ЦЕРН уточнили свойства загадочной частицы X(3872)
Seldon.News (news.myseldon.com), 30/05/2020
Новосибирские физики помогли ЦЕРН уточнили свойства загадочной частицы X(3872)
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 02/06/2020
В ЦЕРН уточнили свойства частицы X(3872)
Научная Россия (scientificrussia.ru), 04/06/2020

Похожие новости

  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    2348
  • 19/09/2019

    НГУ и ИЯФ СО РАН представили на форуме «Технопром» инновационную методику лечения рака

    ​​C 18 сентября в рамках VII Международного форума технологического развития «Технопром» Новосибирский государственный университет и Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера представят стенд, посвященный совместной работе центра бор-нейрозахватной терапии онкологических заболеваний.
    999
  • 02/12/2016

    Ученые обнаружили неожиданный эффект в экспериментах с терагерцовым излучением

    ​Российско-немецкая группа исследователей изучает свойства полупроводниковых структур под воздействием электромагнитного излучения терагерцового диапазона.  Учёные исследовали образцы легированного сурьмой германия на лазерах на свободных электронах в Новосибирске и Дрездене.
    1876
  • 26/07/2019

    Новосибирские ученые поучаствовали в эксперименте на Большом адронном коллайдере

    ​Сотрудники совместной лаборатории Института ядерной физики СО РАН и НГУ принимают участие в одном из двух самых больших экспериментов, ведущих набор и анализ данных при столкновениях пучков протонов сверхвысоких энергий в Большом адронном коллайдере, расположенном в ЦЕРНе (Европейском центре по физике высоких энергий).
    727
  • 26/08/2016

    Ученые СО РАН представили результаты работы на Международной конференции в области высоких энергий

    ​Специалисты Новосибирского государственного университета и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН приняли участие в 38-й Международной конференции в области физики высоких энергий в Чикаго (ICHEP-2016).
    3563
  • 02/02/2017

    Эксперимент LHCb получил первое указание на нарушение симметрии между материей и антиматерией в распадах барионов

    ​Участники эксперимента LHCb на Большом адронном коллайдере (БАК), в том числе сотрудники лаборатории физики тяжелых кварков в адронных взаимодействиях Новосибирского государственного университета, получили первое указание на нарушение симметрии между материей и антиматерией в распадах барионов.
    1174
  • 26/07/2018

    Какие возможности открывает строительство синхротрона для ученых НГУ

    ​В феврале 2018 года президент Владимир Путин поддержал реализацию проекта «СКИФ» в Новосибирске. Современный центр научных исследований с использованием синхротронного излучения должен решить глобальную государственную задачу — не допустить превращения России в научно-технологическую периферию и кадрового донора.
    1115
  • 18/03/2019

    Павел Кроковный: пока нет данных, не вписывающихся в Стандартную модель

    Международная команда ученых, работающая на установках Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN), часто становится объектом внимания СМИ. Это не удивительно, ведь CERN является крупнейшей в мире лабораторией физики высоких энергий.
    576
  • 12/05/2016

    Ученые представили результаты анализа всех доступных данных по измерению осцилляций Bs-мезонов

    Коллектив ученых из эксперимента LHCb на Большом адронном коллайдере, в состав которого входит группа из Новосибирского государственного университета и Института ядерной физики СО РАН, выяснил, с какой вероятностью B0s-мезон, состоящий из прелестного антикварка и странного кварка, превращается в свою античастицу и наоборот.
    1833
  • 15/08/2019

    Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

    ​Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.
    879