Сотрудники коллаборации Belle обнаружили два ранее не наблюдавшихся адрона при обработке данных с асимметричного электрон-позитронного коллайдера KEKB.
Электроны на KEKB по энергии заметно превосходят позитроны, из-за чего коллайдер и называют асимметричным. Его схему можно представить себе в виде двух огромных колец с длиной окружности, превышающей 3 000 м, которые пересекаются в точке, где происходят столкновения частиц и размещается детектор Belle.
Можно также отметить, что KEKB относится к B-фабрикам — установкам, которые ориентированы на получение огромного числа B-мезонов, содержащих прелестный b-кварк (боттом-кварк). B-мезоны рождаются при распаде ипсилон-мезонов Υ(4S), входящих в семейство боттомониев — связанных систем, образованных боттом-кварком и соответствующим ему антикварком b.
У боттомония, как мы уже рассказывали, есть своя спектроскопия, поскольку кварки могут по-разному располагаться относительно друг друга и образовывать разные уровни энергии. Для классификации его состояний используется сложная спектроскопическая система обозначений, в которой каждый уровень характеризуется суммарным спином кварка и антикварка S, орбитальным моментом движения кварков L, полным угловым моментом системы J = L + S и радиальным квантовым числом nr. Чтобы сделать запись компактной, все величины сводят в один символ (nr + 1)2S + 1LJ. При этом орбитальный момент, который принимает значения из последовательности (0, 1, 2, …), отмечают не цифрами, а буквенными символами (S, P, D, …), принятыми в атомной физике. К примеру, упомянутый выше мезон Υ(4S) в таких обозначениях выглядит как 43S1.
В верхней части рисунка показаны обычные и экзотические адроны. В составе Zb(10610) и Zb(10650) изображены боттом-кварк b, его антикварк b, верхний кварк u и нижний антикварк d. Ниже показана схема распада Zb. (Иллюстрация Belle Collaboration.)
На графиках показаны результаты исследования распадов, в которых образуются заряженные пи-мезоны и боттомоний Υ(2S) или hb(1P). Пики на ~10,61 и ~10,65 ГэВ соответствуют Zb(10610) и Zb(10650). Можно заметить, что сигналы в двух разных каналах распада хорошо согласуются друг с другом. (Иллюстрация Belle Collaboration.)
В новой работе изучались распады, в которых образуются заряженные пи-мезоны π± и ипсилон-мезоны Υ(nS), где n = (1, 2, 3), а также распады с образованием тех же π± и мезонов hb(mP), где m = (1, 2). Состояния hb(1P, 2P) можно представить как 11P1 и 21P1, а Υ(1S, 2S, 3S) — как 13S1, 23S1 и 33S1.
Изучая интересовавшие их процессы, физики обнаружили «следы» существования двух новых адронов, которые распадаются указанным образом. Их массы должны составлять 10 607,2 ± 2,0 и 10 652,2 ± 1,5 МэВ, вследствие чего им дали обозначения Zb(10610) и Zb(10650). Обе находки, по словам сотрудников Belle, имеют ненулевой заряд и относятся к так называемым экзотическим адронам — содержат боттом-кварк, его антикварк и ещё как минимум два кварка. Такая интерпретация результатов, впрочем, устраивает далеко не всех, и теоретики уже включились в активную дискуссию о том, что на самом деле представляют собой Zb(10610) и Zb(10650).
По материалам: Японской Национальной лаборатории физики высоких энергий.