Wielki Zderzacz Hadronów znalazł nową cząstkę
Fizycy z eksperymentu ATLAS w CERN-ie poinformowali o zaobserwowaniu nowej cząstki – mezonu Bc*+. Mezony to cząstki zbudowane z pary kwark-antykwark. Nowo odkryty Bc*+ należy do wyjątkowo rzadkiej rodziny układów zawierających dwa ciężkie kwarki różnych typów: kwark powabny (c) oraz antykwark piękny (b). Stan podstawowy tej rodziny, mezon Bc+, został odkryty już wcześniej, jednak fizycy od lat próbowali znaleźć jego najlżejszy stan wzbudzony – właśnie Bc*+.
Układy takie są niezwykle interesujące dla fizyków, ponieważ pozwalają testować modele opisujące oddziaływania silne. W przeciwieństwie do bardziej symetrycznych układów, takich jak charmonium czy bottomonium – które zawierają kwark i antykwark tego samego rodzaju – mezony Bc zawierają dwa różne ciężkie kwarki, co daje dodatkowy wgląd w dynamikę ich wzajemnego wiązania.
Teoretycy przewidywali, że masa mezonu Bc*+ powinna być jedynie o około 50–70 MeV większa od masy stanu podstawowego. Tak niewielka różnica sprawia ogromne problemy eksperymentalne. Bc*+ rozpada się niemal natychmiast do Bc+, emitując przy tym foton o bardzo małej energii. Tego typu fotony są niezwykle trudne do wykrycia w detektorach LHC.
Badacze z ATLAS wykorzystali pełny zestaw danych z drugiej kampanii badawczej Wielkiego Zderzacza Hadronów z lat 2015–2018. Szukali sygnału rozpadu Bc*+. Kluczowym elementem analizy było wykrywanie fotonów poprzez ich konwersję na pary elektron–pozyton w materiale detektora. Dzięki temu udało się rejestrować fotony o energiach zbyt małych dla standardowych metod.
W danych pojawił się wyraźny nadmiar zdarzeń odpowiadający nowej cząstce. Istotność statystyczna sygnału przekroczyła 8 sigma, co w fizyce cząstek oznacza formalne odkrycie. Zmierzona różnica mas między Bc*+ a Bc+ wyniosła 64,5 ± 1,4 MeV. Odpowiada to masie nowej cząstki równej około 6339 MeV.
Wynik bardzo dobrze zgadza się z wcześniejszymi przewidywaniami modeli teoretycznych, choć jest nieco większy od wartości uzyskiwanych w najnowszych obliczeniach. Odkrycie dostarcza więc nowych danych do testowania teorii opisujących zachowanie kwarków związanych przez oddziaływanie silne. A liczba nowych cząstek odkrytych w LHC zwiększyła się do 82.
Szczegóły badań opublikowano w artykule Observation of a Bc*+ meson with the ATLAS detector.
Komentarze (0)