Физики, работающие с результатами экспериментов Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе, сообщили об открытии двух прежде неизвестных массивных частиц. Команда учёных анализировала данные, полученные в ходе эксперимента BaBar, который проводился в 2006 году командой физиков Стэнфорда. Тогда исследователи заметили два энергетических всплеска, но не смогли найти им объяснения.

Теперь же группа во главе с Тимом Гершоном (Tim Gershon) из университета Уорика в Великобритании объявила, что энергетические всплески были вызваны присутствием двух массивных частиц, мезонов. Масса каждой из этих частиц, которые пока получили кодовые названия DS3*(2860) и DS1*(2860), почти втрое превышает массу протона и соответствует 2,86 ГэВ.

«Результаты наших изысканий чётко указывают на то, что именно эти частицы являются причиной энергетического всплеска в эксперименте BaBar», — сообщает Гершон, ведущий автор нового исследования.

Законы физики элементарных частиц гласят, что мезоны — это составные частицы, состоящие из двух элементарных частиц кварков. Они являются составляющими материи и считаются неделимыми, то есть не подвергающимися распаду. Кварки внутри мезонов связаны так называемым сильным взаимодействием, которое, в отличие от остальных фундаментальных взаимодействий, усиливается по мере роста расстояния между элементарными частицами. Напомним, что та же сила удерживает ядра атомов вместе.

Сильное фундаментальное взаимодействие является наименее изученным явлением Стандартной модели физики элементарных частиц. Однако именно эта область знаний описывает взаимодействие частиц во Вселенной.

Кварки, как известно, делятся на шесть различных ароматов: верхний, нижний, странный, очаровательный, прелестный и истинный. Новые частицы содержат по одному очаровательному антикварку и одному странному кварку. Примечательно, что DS3*(2860) также имеет значение спина 3. Это означает, что в рамках данного эксперимента физики впервые в истории увидели мезон со значением спина 3, содержащий очаровательный кварк.

Остальные мезоны, которые когда-либо наблюдали учёные, имеют такую комбинацию кварков, что значение их спина не может превышать или равняться трём, что делает точные свойства кварков двусмысленными. Тем не менее, при значении спина 3 эта неоднозначность исчезает, и точную конфигурацию частицы DS3*(2860) становится определить гораздо проще.

Гершон и его коллеги отмечают, что

необычные свойства частицы DS3*(2860) делают её идеальным примером для исследования сильного взаимодействия, поскольку расчёты для массивных кварков значительно более точны, чем для лёгких.

Открытие стало возможным в первую очередь потому, что для интерпретации энергетического всплеска в данных и идентификации сразу двух частиц использовалась инновационная методика составления диаграммы Далитца. Физики отмечают, что

эта техника ранее никогда не применялась для обработки данных, полученных на БАКе.

Данная методика позволяет отделить и визуализировать различные пути, по которым частица может совершить свой распад.

После успешного испытания диаграммы Далитца учёные надеются, что он будет применяться и дальше для интерпретации данных экспериментов на БАКе.

В дальнейшем при помощи аналогичных исследований станет возможным открытие новых, возможно, ещё более экзотических элементарных частиц.

Статьи о наблюдении за частицами DS3*(2860) и DS1*(2860) и анализе данных при помощи диаграммы Далитца пока выложены на сайт препринтов arXiv.org. Работы учёных приняты к публикации в журналах Physical Review D и Physical Review Letters.