Коллаборация LHCb опубликовала новые результаты анализа распадов прелестных барионов Λb, в которых в прошлом году были обнаружены доказательства существования пентакварков Pc(4450)⁺ и Pc(4380)⁺. В двух статьях ученые подтвердили существование пентакварков независимыми наблюдениями в другом канале распада частицы, а также провели более широкий анализ старых данных, основанный на меньшем количестве предположений. Исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters, кратко о них сообщаетPhysics.**

В согласии с современными исследованиями все частицы, из которых состоит вещество, можно разделить на две большие группы: лептоны и адроны. К лептонам относятся электроны, мюоны, тау-частицы и соответствующие им нейтрино, к адронам — все частицы, состоящие из кварков. Эксперименты показывают, что подавляющее большинство адронов состоит либо из трех кварков (барионы: протоны, нейтроны), либо из двух кварков (мезоны). Теоретических оснований для того, чтобы объяснить неустойчивость ансамблей из большего количества кварков на данный момент нет, однако известно лишь ограниченное количество тетракварков. Подробнее об их поисках можно прочитать в нашем «материале» [nplus1.ru, NNN].

Идея существования пентакварков появилась сразу после предложения кварковой модели, а предсказания конкретных частиц существовали уже в конце 90-ых годов. Однако первые попытки обнаружить их в эксперименте не увенчались успехом. Лишь в 2015 году коллаборация LHCb представила первые доказательства того, что такие частицы могут существовать. 

Увидеть рождение пентакварка удалось в специальном процессе, происходящем после столкновения пары протонов. Такие столкновения приводят к появлению огромного количества частиц, в том числе и нестабильных. Одна из них — прелестный лямбда барион или Λb. Он состоит из прелестного, верхнего и нижнего кварков. Он существует недолго, порядка пикосекунды, после чего распадается на другие частицы. Ученые обнаружили, что при распаде на протон и два мезона (каон и J/ψ) иногда возникает промежуточная частица, которая дает жизнь протону и J/ψ. Их кварковый состав и указал на то, что она является пентакварком, состоящим из очарованных кварка и антикварка, а также двух нижних кварков и одного верхнего.

Возможные пути трехчастичного распада Λb-бариона.

Физики указали на две таких частицы с разными энергиями. Pc(4450)+ была подтверждена со статистической значимостью 12 сигма, а более легкая  Pc(4380)+ — со значимостью 9 сигма. Это значительно выше, чем принятые в физике элементарных частиц пять сигма. 

В первой из новых работ коллаборация LHCb получила результаты, согласующиеся с рождением тех же самых пентакварков в другом канале распада прелестного лямбда бариона. Используя статистику первых лет работы коллайдера (около трех обратных фемтобарн) физики исследовали процесс, в котором вместо каона рождался пи-мезон: Λ⁰_b → J/ψpπ⁻. Статистическая значимость описания с участием пентакварков немного выше трех сигма. 

Вторая работа повторила анализ 2015 года. Первая попытка анализа основывалась на некоторых предположениях касательно природы промежуточных состояний в распаде бариона. Ослабив эти предположения физики показали, что описать энергетический спектр распада Λ⁰_b → J/ψpK⁻ исключительно резонансами протона и каона нельзя — значимость этого результата превышает девять сигма. Поэтому наилучшей интерпретацией эксперимента по-прежнему остается пара промежуточных пентакварков.

Коллаборация LHCb — самая маленькая из четырех основных экспериментов Большого адронного коллайдера. Ее основная цель — исследование распадов частиц, содержащих в своем составе прелестный (b) кварк. В частности, физики ищут следы очень редких процессов, которые могут указать на нарушения Стандартной модели. Подробнее об этом можно прочитать в нашем материале о самых редких событиях микромира.

Автор: Владимир Королёв