Az LHCb öt új részecskét fedezett fel az Ωc-baryon családból • Igor Ivanov • Tudományos hírek a "Elemekről" • Fizika, LHCb detektor, Hadron Properties, LHC

Az LHCb öt új részecskét fedezett fel az Ω c családban

Ábra. 1. Egy tipikus esemény, amikor nagyszámú hadron született, amelyet az LHCb detektor rögzített. Az aszimmetrikus ütközés során született részecskék átjutnak az érzékelő egymást követő rétegei között, amelyek azonosítják a részecskék típusát és mérik az energiáikat. pályák különböző színű itt különböző részecskéket jelölnek. Kép a home.cern

Az LHCb együttműködése a Large Hadron Collider-ben bejelentette, hogy egyszerre öt új nehéz pálmát találtak az Ω családból.c. Ezek a kvark tripla izgatott állapotai [SSC] különböző tömegű, 3000-3120 MeV tartományban. Még a nagy tömegek, mintegy 3200 MeV mellett széles szerkezetet fedeztek fel, amelynek pontos azonosítása még nem tisztázott. Ez a felfedezés világosan megmutatja, hogy az LHCb-kísérletet mennyire érzékenyebbek összehasonlítani az összes korábbi detektorral a nehéz bariós spektroszkópia tanulmányozásával.

Az ismert elemi részecskék osztályozása némiképp hasonlít a botanikához. Már több száz olyan egyedi hadron van, amelyek megbízhatóan ismertek és le vannak írva – az erős kölcsönhatásban résztvevők, és még mindig vannak néhány száz, amelyek még mindig kérdésesek. Ezek a hadronok a legkülönbözőbb tömegek és szélességek, és bemutatják a bomlási lehetőségek hatalmas változatosságát.Minden második évben, egy külön csapat a szerzők Particle Data Group közzéteszi az ismert tulajdonságaik frissített összefoglalóját, amely ezer oldalnyi kis szöveget tartalmaz. Azonban nem szükséges átfordítani ezt a talmudot: mindezeket az információkat a csapat interaktív oldalán egy kényelmes formában mutatják be.

Szerencsére a hadronosztályozás egy világos és egyszerű kvark modellen alapul (lásd a Hadron Classification oldal részleteit). Minden ismert barárium három kvarkból áll, amelyeket erős kölcsönhatás tart fenn. Ötféle kvark típusú – fény kombinálása u és dfurcsa kvark s vagy nehezebb c (elvarázsolt) és b (gyönyörű), – kaphat hatalmas számú hadronok különböző tulajdonságokkal.

Ábrán. A 2. ábra a barionok megjelölésére vonatkozó osztályozási és általánosan elfogadott nómenklatúrát mutatja be, amely magában foglalja az első négy kvark típust. A részecskék szervezése itt nagyon természetes: balról jobbra mozog d-quark helyett u, ha vezetni minket – megjelenik s-quark, és a repülőgépek hozzáadásával különböznek ctúró. Ω családc a quark-összetétel [SSC], melyet ebben a hírben tárgyalunk, a diagram közepén helyezkedik el.

Ábra. 2. Hagyományos nómenklatúra a paráriumok megjelölésére, amelyek csak kvarkokat tartalmaznak u, d, s vagy c. Kép a pdg.lbl.gov-ból

A besorolás még gazdagabbá válik, ha úgy gondoljuk, hogy a kvarkok egymáshoz képest különböző módon mozoghatnak. Mint majdnem minden kompozit kvantumrendszerben, a báriókban van egy alapállapot, és fölött van egy egész létra izgatott állapot. Számos szempontból hasonlítanak az elektronok gerjesztett atomszintjeire – azonban azzal a különbséggel, hogy ott egyszerűen ugyanazon atom excitációinak nevezik, és hadron-spektroszkópiában a gerjesztett állapotokat független új részecskéknek tekintik. A gerjesztési energiákban (és így a teljes tömegben), a teljes spin-ban, a kvarkok belső mozgásában és így a különböző bomlási preferenciákban különböznek egymástól. Az egyes kvark-készletek földi állapota meglehetősen lassan, a gyenge kölcsönhatás miatt (ezért a baryonnak ideje van, hogy észrevehető távolságot érjen el a bomlástól), és az izgatott állapotok – ultragyorsak, az erős kölcsönhatás miatt.

A 2. ábrán látható összes barárium 2, a megfelelő kvark-készlet alapállapota.Mindegyikük fölött izgalomban lévő létesítő létrák – új elemi részecskék, amelyeket ugyanaz a betű jelez, de a tömeg értékét zárójelben adják. Mondjuk az Ω alapállapototc 2695 MeV tömegű, és az első gerjesztett állapot, amely csak a teljes spinban különbözik, az Ωc(2770). Látható, hogy a puccs energia "költsége" a kvarkok egyike – közel 100 MeV.

Egészen a közelmúltig csak ez a két állam korlátozta a [SSC] -rendszert. Eközben más, ugyanabban a síkban fekvő bariononok a 2. ábrán. 2, kísérletileg sokkal jobban kidolgozott. A spektroszkópiát és a hadron tulajdonságokat tanulmányozó elméleti szakemberek pedig nagyon érdekelnek olyan rendszerek létráját, amelyekben egy kvark nehéz és a többiek könnyűek.

Az LHCb együttműködése úgy döntött, hogy megszünteti ezt a mulasztást, és más izgatott állapotokat kerescrendszerek, amelyek tömege 2960 MeV fölött van. Ebből a célból szinte az összes felhalmozott statisztikát elemezték: ez az 1. teljesítésből származó teljes adatmennyiség (teljes integrált fényerő 1 fb−1 a 7 TeV és 2 fb energiájáról−1 a 8 TeV energiájánál) és a 2. fázisban (0.3 fb−1).Egy közelmúltban megjelent cikk egy gazdag "fogásról" számol be: az Ω rendszerben öt megbízhatóan kiválogatott állapot érte el az együttműködési hálózatot.c és egy széles struktúra, amelyhez képest a fizikusok eddig nem vették figyelembe az egyértelmű értelmezést.

A nagy Hadron-összeütközés kísérleteinek kényelme az, hogy a hadronok számosféle proton ütközés során születnek, ezért nem kell aggódnia. Sokkal nehezebb felismerni a kívánt részecskét a bomlása révén. A legmegfelelőbb módja a részecske-degradációs termékek invariáns tömegének felosztása. Általában ez az eloszlás sima, és egy új részecske rezonanciaként manifesztálódik – éles túlfeszültség a sima függőség hátterében. Vannak buktatók (az ilyen grafikonok élessége nem mindig felel meg egy új részecske), de általában ez a szokásos megközelítés. Ez egyfajta művészet, és minden alkalommal, amikor a fizikusok sikeresen elsajátítják egy adott bomlási csatornában, felfedezések történnek. Például, az utóbbi időben felfedezett LHCb együttműködés tetraquark és pentaquark rejtett varázsa kiváló illusztrációk ezt a technikát.

A tárgyalt cikkben az új izgatott állapotok keresése Ωc-báriont az ilyen állapotok bomlása során a rendszer \ (\ Xi ^ + _ c K ^ – \) rendszerbe soroltuk, amelynek a quark összetétele csak egy pár u-anti-u. E két részecske össztömege 2960 MeV, így csak ezek a küszöbértéknél nehezebb állapotok bomlanak rájuk. A részecske \ (\ Xi ^ + _ c \) a kvark-kombináció alapállapota [USC], ami azt jelenti, hogy elég hosszú ideig él, hogy ideje legyen néhány milliméterre elhagyni a születési pontot és ott szétesni. Ez a másodlagos csúcs, amelyből a \ (pK ^ – \ pi ^ + \) repülni kell, a bomlási termékek \ (\ Xi ^ + _ c \) jól elkülönül a térben a protonok ütközésétől – és ez az elválasztás nagymértékben segít azonosítani helyes események. A rendszer invariáns tömegének (pK ^ – \ pi ^ + \) vizsgálatával párhuzamosan lehetővé válik a (0) \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ Általában körülbelül egymillió ilyen esemény volt.

Minden alkalommal, amikor egy esemény tartalmaz egy \ (\ Xi ^ + _ c \) – baryont, a fizikusok megpróbálták összekapcsolni egy másik K-meson és mérje meg az invariáns tömeg \ (\ Xi ^ + _ c K ^ – \) – rendszert. Körülbelül több százezer rendezvény sikerült erre. Ennek eredményeképpen az összes statisztikai elemzést követően összegyűjtöttük a \ (\ Xi ^ + _ c K ^ – \) lenyűgöző mintáját, és lehetett nagyon részletes eloszlást létrehozni az invariáns tömegük fölött. Ez a grafikon látható a 3. ábrán.3, és a munka egyik legfontosabb eredménye.

Ábra. 3. Az invariáns tömeg \ (\ Xi ^ + _ c K ^ – \) rendszerek eloszlása ​​a küszöbértéktől 3300 MeV-ig. Fekete pontok – kísérleti adatok piros görbe – az adatok legjobb leírása a háttér és számos új rezonancia figyelembevételével, piros hisztogram – teszteloszlás. Kép a tárgyalt cikkből

Világos, hogy a kísérleti adatok három éles, keskeny csúcsot vonnak le 3000, 3050, 3066, 3090 és 3119 MeV tömegben. Szélességük több MeV, vagy még kevesebb, mint 1 MeV Ωc(3050). Statisztikai jelentősége nagyon magas, és néha meghaladja a 20σ értéket, de szemmel látható, hogy nincs kétség a létezésükről. Ezenkívül, a nagy tömegek mellett a statisztikai elemzés egy 3188 MeV-es tartományban a csúcs csúcsát mutatja. Ez a bump lehet más eredetű; Néhány változatot elemeztünk a cikkben, de még nem kapott végleges magyarázatot.

Az LHCb együttműködés több vizsgálatot is elvégzett, hogy az észlelt rezonanciák valóban megnövelt interakciót tükröznek, és nem egyfajta extrém tényezők eredménye. Például ugyanazon a képen. A 3. ábra egy piros oszlopdiagram.Ezek olyan események, amelyek majdnem azonosnak tűnnek, kivéve, hogy a \ (pK ^ – \ pi ^ + \) három részecske kissé különbözik a \ (\ Xi ^ + _ c \ -baryontól. Ennek eredményeképpen nem látható struktúrák.

Még vizuálisabb elemzést végeztünk, amelyben a részecske \ (\ Xi ^ + _c \) ugyanúgy helyreállt, de aztán a fizikusok nem a negatív, hanem a pozitív K-mezonnal próbálták kombinálni (4. Az ilyen szabálytalan kombinációk nem okoztak semmiféle robbanást – és az adatok ezt bizonyították. Továbbá világos, hogy a kezdet kezdetén, ahol kezdődik a születési küszöb, a két grafikon másképp viselkedik. A vörös, azonos töltésű részecskék nulláról indulnak és egyenletesen nőnek, a fekete pedig ellentétesen töltött részecskékkel, meredeken ugrik, és az első rezonanciaig a helyén marad. Az elemzés kimutatta, hogy ez a különbség is teljesen ugyanazokkal az új barionokkal magyarázható. Az a tény, hogy némelyikük a valóságban egy másik csatornán keresztül romlott, és ugyanazon végső részecskék mellett egy másik fotont termelt. Ez a foton elvitte az energiát, de nem vették figyelembe az események kiválasztásában és a hadronok invariáns tömegének helyreállításában.Ennek eredményeképpen az új rezonanciák egy további "csillogás" -ot hoztak létre a grafikonon, egy invariáns tömeggel a saját tömegük alatt; ez a szürke árnyékolt terület a 6. ábrán. 3. Mindez megint meggyőz minket arról, hogy az elemzés helyesen zajlott le, és nincs benne rejtett tárgyak, amelyek alkalmasak a fizikusok rossz úton történő vezetésére.

Ábra. 4. A helyes (fekete pontok) és helytelen (piros hisztogram) \ (\ Xi ^ + _ c K \) – kombinációk. Kép a tárgyalt cikkből

Ami a detektált részecskék értelmezését illeti, ez a sok jövőbeli munka és mérés. Eddig a kutatók nem vetettek semmilyen következtetést a kvarkuk forgatásáról, paritásáról, orbitális mozgásáról. Érdekes lesz tudni, hogy ez a teoretikus mennyire képes lesz megmagyarázni az izgatott államok ezen spektrumát. Itt van egy további cselszövés – egy üres terület, amelynek tömege 2960 MeV alatt van, és ezt a módszert nem lehet ellenőrizni. Ki tudja, hány elképzelhetetlen izgatott állapotot Ωc-bárió rejtőzik ott!

Forrás: LHCb Együttműködés. Öt új keskeny Ω megfigyelésec állítja, hogy Ξ elpusztulc+K // preprint arXiv: 1703.04639 [hep-ex] (2017. március 14.).

Lásd még:
1) Az LHCb figyelemre méltóan nagy részecskék csoportját veszi észre, a CERN honlapján.
2) A kiválasztott LHCb együttműködési eredmények a felfedezés elérhető leírásával.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

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