Тэватрон нашел еще один тетракварк

Рис. 1. Тетракварк X(5568), обнаруженный коллаборацией DZero, составлен из кварков и антикварков четырех разных сортов. Рисунок с сайта symmetrymagazine.org

Коллаборация DZero, работавшая на американском протон-антипротонном коллайдере Тэватрон, сообщила об обнаружении еще одного тетракварка — адрона, состоящего из двух кварков и двух антикварков. Несмотря на то, что работа коллайдера завершилась еще в 2011 году, обработка набранных на нем данных продолжается до сих пор, и время от времени коллаборации публикуют любопытные результаты.

Вышедший на днях препринт коллаборации DZero рассказывает об изучении рождения B_s-мезона в паре с заряженным пи-мезоном. Поскольку B_s-мезон сам по себе нестабильный и распадается внутри вакуумной трубы на более легкие частицы, экспериментаторы анализировали комбинации из пяти рожденных частиц μ+μ−K+K−π±μ+μ−K+K−π± и отбирали из всей статистики только те события, которые попадали в нужные интервалы по инвариантным массам.

После многоступенчатого отбора оказалось, что при общей инвариантной массе в районе 5570 МэВ наблюдается неожиданное усиление процессе рождения Bsπ±Bsπ±-мезонных пар. Эта структура выглядит так, словно на коллайдере рождается и затем распадается на Bsπ±Bsπ±-пару новая частица, условно названная X(5568) по значению своей массы. Экспериментаторы, впрочем, от такой прямой интерпретации воздерживаются и аккуратно говорят о новом «состоянии» или новой «структуре».

Вообще, при обсуждении адронных процессов надо всегда помнить две вещи. Во-первых, адронов открыто уже несколько сотен, поэтому каждый новый адрон не является каким-то большим сюрпризом. Во-вторых, не всякий всплеск в распределениях вообще является свидетельством существования настоящего нового адрона. В частности, здесь новая структура обнаружилась сразу над порогом рождения (он у этой пары частиц составляет примерно 5500 МэВ), поэтому, на первый взгляд, к ее интерпретации надо относиться очень осторожно.

Рис. 2. Распределение по инвариантной массе рожденной пары мезонов. Штриховая линия показывает фон, пунктирная — вклад нового тетракварка X(5568). Изображение из обсуждаемой статьи

Однако уникальная особенность этой конкретной комбинации частиц в том, что в ней присутствуют кварки сразу четырех разных сортов: B_s-мезон состоит из кварковой пары s-анти-b, а пи-мезон — из u-анти-d или d-анти-u. Поэтому если бы они рождались независимо и не слишком активно бы взаимодействовали друг с другом, распределение по суммарной инвариантной массе имело бы плавный вид. Но в данных на фоне этой плавной зависимости четко прослеживается пик, и самое естественное его объяснение — рождение и распад новой частицы.

Статистическая значимость превышения серьезная: 6,1 стандартных отклоненийдаже с учетом эффекта множественной выборки, которая проседает до 5,1 стандартных отклонений при учете систематических погрешностей. В любом случае, она остается очень высокой, поэтому результат вполне считается полноценным открытием.

Поскольку ширина пика большая, частица точно распадается за счет сильного взаимодействия, и значит, в ходе ее распада на Bsπ±Bsπ±-пару тип кварков не меняется. Следовательно, новая частица представляет собой частицу-тетракварк, еще один адрон из постепенно растущего семейства многокварковых состояний.

Это уже не первый случай обнаружения тетракварков. Популярный рассказ о многокварковых состояниях и о том, как и зачем их ищут, см. в нашей новостиЭксперимент LHCb окончательно доказал реальность экзотического мезона Z(4430). Особый интерес представляют собой такие частицы, в состав которых входят несколько кварков с сильно различающимися массами. Дело в том, что описание таких «лёгко-тяжелых» комбинаций связано с определенными трудностями, и относительно некоторых из них до сих пор нет теоретического консенсуса. В задаче Такие разные тетракварки мы рассказывали о некоторых любопытных свойствах состояний с легкими и тяжелыми кварками.

Новая частица — тоже такого типа, в ней все четыре кварка разные. В этом случае возможно много разных комбинаций, отличающихся выбором, кто из них кварк, а кто — антикварк. Поэтому можно ожидать, что теоретики, а также специалисты по численному расчету свойств адронов на суперкомпьютерах станут еще плотнее изучать такие состояния.