Объединенный институт ядерных исследований
19.07.2018

Указание на существование новой частицы получено сотрудниками ЛЯП в эксперименте COMPASS

Неожиданным результатом закончился поиск фоторождения экзотического чармония $X(3872)$ в эксперименте COMPASS (ЦЕРН). Несмотря на то, что со статистической значимостью в 4.1 σ в спектре инвариантных масс конечного состояния был обнаружен сигнал, полностью согласующийся по своим параметрам с ожидаемым, детальный анализ кинематики распада наблюдаемой частицы показал полное несоответствие хорошо известной кинематике распада $X(3872)$. Это неожиданное наблюдение позволило предположить, что, возможно, обнаруженный сигнал принадлежит новой частице, получившей название $\widetilde{X}(3872)$, которая является частицей-партнёром для $X(3872)$, имеет близкую массу и время жизни, но отличается от $X(3872)$ набором квантовых чисел. Существование такой частицы-партнёра предсказывается некоторыми теоретическими моделями, описывающими $X(3872)$ как состояние из двух кварков и двух антикварков, тесно связанное сильным взаимодействием (тетракварк). Результаты работы опубликованы в журнале Physics Letters B 783 (2018) 334–340.

Квантовая хромодинамика не налагает прямого запрета на существование связанных сильным взаимодействием состояний, отличных от образованных тремя кварками (барионов) или парой кварк-антикварк (мезонов). Однако до недавнего времени не существовало убедительных и бесспорных экспериментальных свидетельств в пользу таких мультикварковых состояний. Ситуация изменилась лишь в начале 2000-х после открытия экзотических адронов, содержащих тяжёлые кварки (с или b), первым из которых и стал $X(3872)$, открытый в 2003 г. коллаборацией Belle. Несмотря на то, что за 15 лет было открыто несколько десятков таких частиц, их природа до конца не ясна. Разные модели интерпретируют их как тетракварки, мезонные молекулы, состояния с валентными глюонами и т. д. Полученный COMPASSом результат, возможно, поможет пролить свет на природу экзотических чармониев.

До настоящего времени экзотические чармонии были доступны для изучения лишь на электрон-позитронных коллайдерах и при столкновении адронов высоких энергий. Эксперимент COMPASS впервые в мире осуществил поиск фоторождения таких частиц. Идея данной работы, а также основной вклад в получение результата принадлежат сотрудникам ЛЯП ОИЯИ, участвующим в эксперименте.