Барион «три в одном»

Впервые открыта частица, состоящая из трёх кварков разных семейств

Фото: fnal.gov
Ядерным физикам удалось найти самую сложную элементарную частицу. До сих пор о ней знали только теоретически. Теперь же учёные проследили жизнь 19 барионов, состоящих из кварков трёх разных семейств.

Барионы (от греческого «барис» - тяжелый) — тяжёлые элементарные частицы, сильно взаимодействующие фермионы, состоящие из трёх кварков. Наиболее стабильные барионы - протон и нейтрон. К основным барионам относятся: протон (uud), антипротон, нейтрон (ddu), антинейтрон, ламбда-гиперион, сигма-гиперион, кси-гиперион, омега-гиперион.

Сотрудники международной коллаборации DZero Национальной лаборатории ускорителей имени Ферми, которая входит в систему исследовательских центров министерства энергетики США, открыли новую элементарную частицу-барион. Частица, получившая название «кси-би-минус барион»(Ξ-b), по-своему уникальна. Это не просто очередной барион, содержащий b-кварк, а первая частица, содержащая три кварка трех разных семейств — d-кварк, s-кварк и b-кварк.

Есть у неё и другое название — «каскад-би». Барион несет отрицательный заряд и по массе примерно в шесть раз превосходит протон (масса частицы 5.774±0.019 ГэВ).

Для регистрации новой частицы ученым пришлось проанализировать треки за пять лет работы ускорителя. В итоге удалось обнаружить 19 событий, которые свидетельствовали об образовании нового бариона.

До этого ученые уже получали барион, состоящий из трех различных кварков — лямбда-би барион, состоящий из u-,d- и b- кварка, однако он содержит кварки только двух поколений (см. врез).

Таким образом, впервые за всю историю физики высоких энергий обнаружен барион, состоящий из кварков трех поколений или семейств. Каскад-би состоит из одного d-кварка («нижний» кварк, относящийся к первому семейству), одного s-кварка («странный» кварк, второе семейство) и одного b-кварка («прелестный» кварк, третье семейство). Именно поэтому новая частица Ξ-b по-настоящему уникальна.

Интересно, что, хотя коллаборация базируется в Фермилабе, обладающей мощным ускорителем Тэватрон, нынешнее открытие сделано в Европе — на Большом электрон-позитронном коллайдере в ЦЕРНе (LEP)

Результаты исследований опубликованы в статье в Physical Review Letters от 12 июня. С pdf-версией работы можно ознакомиться здесь.

Таким образом, ученые продолжают поиски на «втором этаже» барионной пирамиды, открывая барионы, содержащие в себе один «прелестный» или «дно»-кварк (b).

Впервые такие частицы получила тоже команда из Фермилаба. В прошлом году Международная коллаборация CDF, проводящая эксперименты на базе Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми министерства энергетики США (Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory), объявила об открытии двух новых элементарных частиц, относящихся к классу барионов. Частицы назвали Σ+b и Σ-b.

В экспериментах физики сталкивали протоны с антипротонами, разгоняя их на самом мощном на настоящий момент ускорителе Теватрон.

На этом ускорителе проводятся эксперименты при соударении пучка протонов, имеющих энергию 1 ТэВ, со встречным пучком антипротонов той же энергии. При столкновении с такой энергией возникал b-кварк, который потом, взаимодействуя с кварками протонов и антипротонов, образовывал две новые частицы.

Эксперимент зарегистрировал 103 события, связанных с рождением положительно заряженных u-u-b частицы (Σ+b) и 134 рождения отрицательно заряженных d-d-b частицы (Σ-b). Для обнаружения такого количества событий ученым пришлось проанализировать треки от 100 триллионов столкновений за пять лет работы Теватрона.