X(4140)

X(4140)
X(4140)
Семья	Бозон
Группа	Мезон
Участвует во взаимодействиях	Гравитационное, сильное
Статус	Гипотетическая
Масса	4140 МэВ/c²
Каналы распада	J/ψ и φ мезоны
В честь кого или чего названа	Своя масса
Квантовые числа
Барионное число	0

X(4140) (бывшее название — Y(4140)) — ранее не предсказанная Стандартной моделью частица. Впервые наблюдалась в Фермилабе и об её открытии было объявлено 17 марта 2009 года. Название обусловлено тем, что масса открытой частицы составляет около 4140 МэВ/c². Эта частица является чрезвычайно редкой и обнаруживается только в 1 случае из 20 миллиардов столкновений^[2].

Так как она распадается на J/ψ и φ мезоны, было высказано предположение, что эта частица состоит из очарованных кварков и очарованных антикварков, возможно, даже из сочетания четырёх кварков^[3]. Некоторое время существование частицы не подтверждалось данными других экспериментов (LHCb^[4], Belle experiment — версия статьи «Belle experiment» на английском языке Belle (англ.) (рус.^[5]), однако, в ноябре 2012 года появилась информация о наблюдении частицы на БАК коллаборацией CMS^[6].

Каналы распадаПравить

Предполагаемые каналы распада частицы X(4140):

\text{[math]}

{\begin{matrix}X(4140)&&J/\psi &&\phi \\?&\rightarrow &c{\bar {c}}&+&s{\bar {s}}\\4140MeV&&3096.9MeV&&1019.4MeV\end{matrix}}

ИсторияПравить

Первоначально частицу назвали — Y(4140), позже исследовательская группа Particle Data Group — версия статьи «Particle Data Group» на английском языке Particle Data Group (англ.) (рус. переименовала частицу Y(4140) в X(4140).

Первые намёки на существование этой частицы стали появляться в 2009 году в данных детектора Collider Detector at Fermilab — версия статьи «Collider Detector at Fermilab» на английском языке CDF (англ.) (рус., работавшего на американском коллайдере Тэватрон. Изучая распады B-мезонов на три мезона — J/ψ, φ и K, физики заметили, что пара J/ψ и φ иногда рождалась скоррелированно — так, словно вначале появлялась некая новая частица, а затем, спустя некоторое время, она распадалась бы на J/ψ и φ. В 2011 году, после накопления новых данных и повышения статистической достоверности, сообщили уже о полноправном открытии этой частицы. Более того, в данных детектора CDF, была найдена и вторая частица в том же канале распада, но статистическая достоверность этих событий была меньше.

В феврале 2012 года появилась статья коллаборации LHCb, в которой описываются результаты поиска частицы X(4140) на статистике 0,37 фб⁻¹, не подтверждающая открытие^[4]. Была проанализирована цепочка распадов и не было обнаружено никакого особо скоррелированного рождения J/Ψ- и φ-мезонов. Данные LHCb вполне укладывались в фон и не подтверждали находку частицы на Тэватроне.

В ноябре 2012 года коллаборация CMS подтвердила наблюдение данной частицы со статистической значимостью более 5σ в канале распада

\text{[math]}

B^{+}\to Y(4140)\,\,K^{+}

\text{[math]}

Y(4140)\to J/\psi \,\,\phi

в ходе обработки статистики 5,2 фб⁻¹, полученной в результате протонных столкновений на энергии 7 ТэВ. При этом частица имеет массу 4148,2 ± 2,0 (статистическая ошибка) ± 4,6 (систематическая ошибка) МэВ/c². Также наблюдается более слабый пик с массой 4316,7 ± 3,0 (статистическая ошибка) ± 7,3 (систематическая ошибка) МэВ/c²^[6]^[7].

Процесс рождения и распада частицы X(4140) свидетельствует о том, что это мезон, но с необычными свойствами. Он должен содержать очарованную кварк-антикварковую пару, однако при такой большой массе (примерно 4143 МэВ/c²) он тогда должен был бы легко распадаться на D-мезоны. Но оказалось, что X(4140) живёт намного дольше, и значит, что-то в его структуре мешает простому распаду на D-мезоны.

Свойства этой частицы очень заинтересовали физиков-теоретиков, поскольку именно так должны проявлять себя многокварковые адроны, которые среди элементарных частиц остаются экзотическими. Как устроены многокварковые адроны и почему они встречаются так редко — один из самых больших вопросов современной адронной физики. Специалисты надеются, что внимательное изучение характеристик этой и других подобных частиц на разных коллайдерах поможет найти на них ответы.

Проблематика X(4140)Править

Объяснения распада частицы X(4140) является серьёзной проблемой для физиков. До сих пор (2013 г.) известно, что есть только два способа существования связанных состояний кварков: в кварк-антикварковых мезонах, и формирования системы, состоящей из трёх кварков при формировании барионов. Свойства частицы X(4140) не вписываются ни в одну из этих схем. Таким образом, неясно, что она представляет собой на самом деле. По этому поводу профессор Хакобо Кенигсберга из университета Флориды, один из участников эксперимента, проведённого на Тэватроне, говорит: „Пока мы не уверены, что это такое, но будьте уверены, что мы будем продолжать это изучать“.

Некоторые учёные полагают, что частица X(4140) может быть дополнением к уже известным барионам и мезонам, а также впервые выявленной „копией“ нового, доселе неизвестного семейства адронов (связанные состояния образуются из кварков и антикварков). На самом деле, в последние годы работы Тэватрона наблюдались аналогичные необычные характеристики распадов, но они обладали гораздо меньшей статистической достоверностью. Необычные распады частиц были обнаружены также в ускорителе KEK в Японии и SLAC в Калифорнии.

Участник эксперимента в KEK, японский профессор Масанори Ямаути указывает на сходство свойств частиц, выявленных в KEK, с массой покоя 3940 МэВ. Он предполагает, что эти две частицы могут представлять собой начало новой семьи экзотических адронов.

В связи с ограниченным количеством экспериментальных данных о структуре и свойствах частицы X(4140) сейчас (2013 г.) этот вопрос остаётся открытым. „Мы накапливаем наши знания по крупицам, и когда их будет достаточно, мы поймём, как собрать эту головоломку“, — говорит Роб Розер, сотрудник Фермилаб^[2].

ПримечанияПравить

↑ Удивительный мир внутри атомного ядра. Вопросы после лекции Архивная копия от 15 июля 2015 на Wayback Machine, ФИАН, 11 сентября 2007 года
↑ ¹ ² Strange Particle Created; May Rewrite How Matter’s Made (неопр.). Дата обращения: 5 июля 2012. Архивировано 15 октября 2012 года.
↑ New Particle Throws Monkeywrench in Particle Physics Архивная копия от 25 июня 2012 на Wayback Machine // universetoday.com
↑ ¹ ² Детектор LHCb не подтверждает существование частицы, найденной ранее на Тэватроне Архивировано 29 октября 2012 года.
↑ symmetry breaking " Blog Archive « Particle oddball surprises physicists (неопр.). Дата обращения: 6 июля 2012. Архивировано 18 июля 2012 года.
↑ ¹ ² New particle-like structure confirmed at the LHC | symmetry magazine (неопр.). Дата обращения: 18 ноября 2012. Архивировано 21 ноября 2012 года.
↑ PhysicsResultsBPH11026 < CMSPublic < TWiki (неопр.). Дата обращения: 19 ноября 2012. Архивировано 24 октября 2017 года.

ЛитератураПравить

Aaltonen, T.; et al. (2009). «Evidence for a Narrow Near-Threshold Structure in the J/ψφ Mass Spectrum B+ → J/ψφK+ Decays». Physical Review Letters 102: 242002. ArXiv 0903.2229 Bibcode 2009PhRvL.102x2002A ИЦО: 10.1103/PhysRevLett.102.242002
Xiang, Liu; Zhu, Shi-Lin (2009). «Y(4143) is probably a molecular partner of Y(3930)». Physical Review D 80: 017502. ArXiv: 0903.2529 . Bibcode 2009PhRvD..80a7502L . ИЦО: 10.1103/PhysRevD.80.017502
Mahajan, Namit (2009). «Y(4140): Possible options». Physics Letters B 679 (3): 228—230. ArXiv: 0903.3107 Bibcode 2009PhLB..679..228M. ИЦО: 10.1016/j.physletb.2009.07.043

СсылкиПравить

«Oddball Particle Surprises Physicists at Fermilab». redOrbit. 19 марта
Handwerk, Brian (20 марта 2009 года). «Strange Particle Created; May Rewrite How Matter’s Made» Национальное географическое общество
Minard, Anne (18 марта 2009 года). «New Particle Throws Monkeywrench in Particle Physics» Universe Today
Shen et al., C. P. (2010). «Evidence for a New Resonance and Search for the Y(4140) in the γγ→ϕJ/ψ Process». Physical Review Letters 104. 112 004 ArXiv Bibcode 2010PhRvL.104k2004S ИЦО: 10.1103/PhysRevLett.104.112004
Kurt Riesselmann Particle oddball surprises physicists
Пресс-релиз комплекта для Y (4140). Содержит изображения предполагаемого процесса распада и данные по резонансу.

[elementyGrav-1] Удивительный мир внутри атомного ядра. Вопросы после лекции Архивная копия от 15 июля 2015 на Wayback Machine, ФИАН, 11 сентября 2007 года

[Strange-2] ¹ ² Strange Particle Created; May Rewrite How Matter’s Made (неопр.). Дата обращения: 5 июля 2012. Архивировано 15 октября 2012 года.

[3] New Particle Throws Monkeywrench in Particle Physics Архивная копия от 25 июня 2012 на Wayback Machine // universetoday.com

[ElementyLHCbFeb2012-4] ¹ ² Детектор LHCb не подтверждает существование частицы, найденной ранее на Тэватроне Архивировано 29 октября 2012 года.

[5] symmetry breaking " Blog Archive « Particle oddball surprises physicists (неопр.). Дата обращения: 6 июля 2012. Архивировано 18 июля 2012 года.

[CMSNov2012-6] ¹ ² New particle-like structure confirmed at the LHC | symmetry magazine (неопр.). Дата обращения: 18 ноября 2012. Архивировано 21 ноября 2012 года.

[7] PhysicsResultsBPH11026 < CMSPublic < TWiki (неопр.). Дата обращения: 19 ноября 2012. Архивировано 24 октября 2017 года.

[2]

[1]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]