Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН и Новосибирский государственный университет, объявила о новых данных, полученных при анализе частицы X(3872). Она была обнаружена в 2003 году 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 CERN.
«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 Михайлович 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)».
«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 Исаакович Эйдельман. — Например, гипотеза тетракварка предполагает, что частица состоит из с 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 раза 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, иными словами, 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 Александр Евгеньевич Бондарь, полученные результаты — важный шаг в исследовании этой 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/y p+ p- (джи-пси пи+ пи-) однозначно определить ширину частицы. Требуется изучение и других каналов распада, чем мы сейчас и занимаемся. 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/y p+ p-, специалистам LHCb удалось повысить точность эксперимента. Дело в том, что такой же канал распада есть у частицы y(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.
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).
Пресс-служба ИЯФ СО РАН
