X(4140)

X(4140) (cunoscut anterior ca Y(4140) ) este o particulă neprevăzută anterior de Modelul Standard . A fost observat pentru prima dată la Fermilab și descoperirea sa a fost anunțată pe 17 martie 2009 . Denumirea provine de la faptul că masa particulei descoperite este de aproximativ 4140 MeV / c² . Această particulă este extrem de rară și se găsește doar în 1 din 20 de miliarde de ciocniri [2] .

Deoarece se degradează în mezoni J/ψ și φ , s-a sugerat că această particulă este formată din quarci fermecați și antiquarci fermecați, poate chiar o combinație de patru quarci [3] . De ceva timp, existența particulei nu a fost confirmată de datele altor experimente ( LHCb [4] , Belle[5] ), însă, în noiembrie 2012, au apărut informații despre observarea unei particule la LHC de către colaborarea CMS [6] .

Canale de dezintegrare

Canale de dezintegrare sugerate pentru particula X(4140):

Istorie

Inițial, particula a fost numită - Y (4140), ulterior grupul de cercetare Particle Data Groupa redenumit particulă Y(4140) în X(4140).

Primele indicii ale existenței acestei particule au început să apară în 2009 în datele de la detectorul CDF ., care a lucrat la colisionantul american Tevatron . Studiind dezintegrarea mezonilor B în trei mezoni  - J / ψ , φ și K , fizicienii au observat că perechea J / ψ și φ s-a născut uneori într-un mod corelat  - ca și cum ar fi apărut mai întâi o nouă particulă și apoi, după o în timp ce, s-ar degrada pe J/ψ și φ. În 2011, după acumularea de noi date și creșterea fiabilității statistice, a fost deja raportată descoperirea completă a acestei particule. Mai mult, în datele detectorului CDF, o a doua particulă a fost găsită și în același canal de dezintegrare, dar semnificația statistică a acestor evenimente a fost mai mică.

În februarie 2012 a apărut un articol al colaborării LHCb , care descrie rezultatele căutării particulei X(4140) la statistica de 0,37 f b −1 , ceea ce nu confirmă descoperirea [4] . Lanțul de dezintegrare a fost analizat și nu a fost găsită o producție corelată în mod special de mezoni J/Ψ și φ. Datele LHCb se potrivesc bine în fundal și nu au confirmat descoperirea particulei la Tevatron .

În noiembrie 2012, colaborarea CMS a confirmat observarea acestei particule cu o semnificație statistică mai mare de 5σ în canalul de dezintegrare.

în cursul prelucrării statisticilor de 5,2 fb −1 obținute ca urmare a ciocnirilor de protoni la o energie de 7 TeV. În acest caz, particula are o masă de 4148,2 ± 2,0 (eroare statistică) ± 4,6 (eroare sistematică) MeV/c 2 . Se observă, de asemenea, un vârf mai slab cu o masă de 4316,7 ± 3,0 (eroare statistică) ± 7,3 (eroare sistematică) MeV/c 2 [6] [7] .

Procesul de naștere și dezintegrare a particulei X(4140) indică faptul că este un mezon, dar cu proprietăți neobișnuite. Ar trebui să conțină o pereche quarc-antiquarc fermecat , dar cu o masă atât de mare (aproximativ 4143 MeV/c²) s-ar degrada cu ușurință în mezoni D. Dar s-a dovedit că X(4140) trăiește mult mai mult, ceea ce înseamnă că ceva din structura sa previne o simplă degradare în D-mezoni.

Proprietățile acestei particule sunt de mare interes pentru fizicienii teoreticieni , deoarece așa ar trebui să se manifeste hadronii multiquarc , care rămân exotici printre particulele elementare . Cum funcționează hadronii multiquark și de ce sunt atât de rari este una dintre cele mai mari întrebări din fizica modernă a hadronilor . Experții speră că un studiu atent al caracteristicilor acestei și altor particule similare la diferite coliziune va ajuta la găsirea răspunsurilor la acestea.

Problema X(4140)

Explicarea dezintegrarii particulei X(4140) este o problemă serioasă pentru fizicieni. Până în prezent (2013) se știe că există doar două moduri de existență a stărilor legate de quarci : în mezonii quark-antiquarc și formarea unui sistem format din trei quarci în timpul formării barionilor . Proprietățile particulei X(4140) nu se încadrează în niciuna dintre aceste scheme. Astfel, nu este clar ce este cu adevărat. Cu această ocazie, profesorul Jacobo Koenigsberga de la Universitatea din Florida , unul dintre participanții la experimentul desfășurat la Tevatron , spune: „Nu suntem încă siguri ce este, dar fiți siguri că vom continua să-l studiem . ”

Unii oameni de știință cred că particula X(4140) poate fi o adăugare la barionii și mezonii deja cunoscuți, precum și prima „copie” identificată a unei noi familii de hadroni , necunoscută până acum (stările legate sunt formate din quarci și antiquarci) . De fapt, modele similare neobișnuite de dezintegrare au fost observate în ultimii ani la Tevatron, dar cu mult mai puțină semnificație statistică. Dezintegrari neobișnuite ale particulelor au fost detectate și la acceleratorul KEK din Japonia și SLAC din California.

Un participant la experimentul de la KEK, profesorul japonez Masanori Yamauchi, subliniază similitudinea proprietăților particulelor detectate la KEK cu o masă în repaus de 3940 MeV. El sugerează că aceste două particule ar putea reprezenta începutul unei noi familii de hadroni exotici.

Datorită cantității limitate de date experimentale privind structura și proprietățile particulei X(4140) , această întrebare rămâne deschisă acum (2013). „Ne construim cunoștințele puțin câte puțin și, când vom avea suficiente, vom înțelege cum să punem cap la cap acest puzzle ”, spune Rob Roser, angajat al Fermilab [2] .

Note

1. ↑ Uimitoarea lume din interiorul nucleului atomic. Întrebări după prelegere Arhivată 15 iulie 2015 la Wayback Machine , FIAN, 11 septembrie 2007
2. ↑ 1 2 Particule ciudate create; Poate rescrie cum se face materia . Consultat la 5 iulie 2012. Arhivat din original la 15 octombrie 2012. (nedefinit)
3. ↑ New Particle Throws Monkeywrench în Particle Physics Arhivat 25 iunie 2012 la Wayback Machine // universetoday.com
4. ↑ 1 2 Detectorul LHCb nu confirmă existența particulei găsite anterior la Tevatron Arhivat 29 octombrie 2012.
5. ↑ symmetry breaking „Blog Archive” Particle oddball surprises physicists . Consultat la 6 iulie 2012. Arhivat la 18 iulie 2012. (nedefinit)
6. ↑ 1 2 Nouă structură asemănătoare particulelor confirmată la LHC | revista de simetrie . Consultat la 18 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 21 noiembrie 2012. (nedefinit)
7. ↑ PhysicsResultsBPH11026 < CMSPublic < TWiki . Consultat la 19 noiembrie 2012. Arhivat din original la 24 octombrie 2017. (nedefinit)

Literatură

• Aaltonen, T.; et al. (2009). „Dovezi pentru o structură îngustă aproape de prag în spectrul de masă J/ψφ B+ → J/ψφK+ dezintegra”. Physical Review Letters 102: 242002. ArXiv 0903.2229 Bibcode 2009PhRvL.102x2002A PCR : 10.1103/PhysRevLett.102.242002
• Xiang, Liu; Zhu, Shi-Lin (2009). „Y(4143) este probabil un partener molecular al lui Y(3930)”. Revista fizică D 80: 017502. ArXiv: 0903.2529 . Bibcode 2009PhRvD..80a7502L . ICO: 10.1103/PhysRevD.80.017502
• Mahajan, Namit (2009). Y(4140): opțiuni posibile. Litere de fizică B 679(3): 228-230. ArXiv: 0903.3107 Bibcode 2009PhLB..679..228M . ICO: 10.1016/j.physletb.2009.07.043

Link -uri

• „Oddball Particle surprinde fizicienii de la Fermilab”. redOrbit. 19 martie
• Handwerk, Brian (20 martie 2009). Particule ciudate create; Poate rescrie modul în care s-a făcut materia National Geographic Society
• Minard, Anne (18 martie 2009). „O nouă particulă aruncă o cheie de maimuță în fizica particulelor” Universe Today
• Shen și colab., CP (2010). „Dovezi pentru o nouă rezonanță și căutarea Y(4140) în procesul γγ→ϕJ/ψ”. Physical Review Letters 104. 112 004 ArXiv Bibcode 2010PhRvL.104k2004S PCR : 10.1103/PhysRevLett.104.112004
• Kurt Riesselmann Particule ciudate ii surprinde pe fizicieni
• Kit de comunicat de presă pentru Y (4140). Conține imagini ale procesului de dezintegrare propus și date de rezonanță.