Они нашли это. Наконец-то.
Мезон Bc*. Не просто обычный Bc+, а его «возбуждённый» родственник. Это открытие было сделано на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе, на переднем крае исследований с высокой светимостью.
Вот как всё устроено. Вы знаете протоны и нейтроны. Они являются адронами, состоящими из кварков, скреплённых сильным взаимодействием — силой, которая действует как клей, который никогда не засыхает. Обычно такие частицы бывают двух типов: барионы (состоят из трёх кварков) и мезоны (один кварк и один антикварк). Просто и чисто.
Но не всегда.
Некоторые мезоны имеют большой вес. Они содержат очарованные (charm) и прелестные (bottom) кварки. Эти частицы служат лабораторными «подопытными крысами» ядерной физики, позволяя нам заглянуть «под капот» сильного взаимодействия — той силы, которая их связывает. Однако до сих пор мы не до конца понимаем, как именно это работает.
Мезон Bc+ особенный. В нём участвуют два тяжёлых игрока: очарованный кварк и антикварк прелести. Но команда ученых искала возбуждённое состояние — мезон Bc*.
Для этого они сталкивали протоны с другими протонами с огромной энергией.
Мезон Bc*+ нестабилен и хрупок. Он распадается почти мгновенно на Bc+ и фотон. Если вы видите фотон и продукты распада вместе, вы имеете доказательство. Курительный пистолет.
Проблема в том, что этот фотон стеснителен.
Разница в массах крошечная. Всего лишь незначительный скачок. Следовательно, рождающийся фотон несёт ничтожно малую энергию. Он невидим для стандартных детекторов. Слишком тихий. Слишком низкий по энергии.
Знаете ли вы, что стандартные методы идентификации фотонов здесь дали сбой? Детекторы просто не обратили на них внимание.
Команде эксперимент ATLAS пришлось проявить креативность. Они искали не сам фотон, а его «тень».
Они наблюдали за процессом превращения фотона в пару электрон-позитрон внутри трекового детектора. Это оставляло две трековые линии, исходящие из одной точки, но со смещением — не от точки первоначального столкновения.
Речь шла о треках с низкой энергией: поперечный импульс составлял около 100 МэВ, что ниже порога, на который ATLAS обычно обращает внимание. Для их обнаружения учёные создали специальный инструмент реконструкции и выделенную процедуру поиска этих «призраков».
И это сработало.
Разница в массах составила 64,5 МэВ с погрешностью 1,4 МэВ.
«Значение находится в пределах теоретических предсказаний», — сказали они. Однако оно не идеально совпадает с последними расчётами высокой точности. Но достаточно близко. Очень близко.
Этот результат питает наши модели. Он немного уточняет картину сильного ядерного взаимодействия. Возможно, незначительно. Возможно, этого пока недостаточно.
Статья опубликована в журнале Physical Review Letters. Ещё один кирпич в фундаменте знания. ещё одна подсказка о том, как Вселенная удерживается вместе. Или почему нет.
Мы ищем закономерности. Мы находим мелкие отклонения. А затем продолжаем сталкивать частицы.
