LHCb ставит под сомнение реальность обнаруженного недавно тетракварка X(5568)

Распределение событий по инвариантной массе B<sub>s</sub>π-пары

Рис. 1. Распределение событий по инвариантной массе Bsπ-пары. Голубым показан вклад от известных процессов, красным — добавка от нового тетракварка, которая дает наилучшее описание данных. Данные хорошо описываются как с тетракварком, так и без него — одним лишь фоном. График из статьи The LHCb Collaboration, 2016. Search for structure in the Bsπ± invariant mass spectrum

Недавно коллаборация DZero, работавшая на коллайдере Тэватрон, сообщила об открытии еще одного тетракварка, X(5568). Однако эксперимент LHCb Большого адронного коллайдера, проанализировав этот же процесс в своих данных, никаких свидетельств в пользу этой частицы не нашел. Результат LHCb, хоть формально и не закрывает частицу, но ставит заявление DZero под серьезное сомнение.

Поиск и изучение многокварковых адронов — одна из самых горячих тем в физике сильных взаимодействий; введение в эту область исследований можно найти, например, в нашей новости Эксперимент LHCb окончательно доказал реальность экзотического мезона Z(4430). Открытия, а иногда и закрытия, новых частиц здесь продолжаются до сих пор, и каждый раз они вызывают большой интерес у теоретиков, занимающихся описанием свойств адронов в разных подходах.

Совсем недавно коллаборация DZero, работавшая на американском протон-антипротонном коллайдере Тэватрон, сообщила об обнаружении еще одного многокваркового адрона — тетракварка X(5568), см. подробности в новости Тэватрон нашел еще один тетракварк. Изюминка этой частицы в том, что она распадается за счет сильного взаимодействия на пару мезонов Bs и π±, а значит, должна содержать кварки сразу четырех разных типов. Такой «зверь» физикам раньше не встречался. В данных DZero эта частица выглядит как сильный всплеск в распределении событий по инвариантной массе Bsπ-пары, расположенный чуть выше порога рождения, при массе от 5560 до 5580 МэВ.

Статистическая достоверность отклонения данных от плавного фона была оценена DZero в 5,1σ, что в физике элементарных частиц считается достаточным для заявления об открытии новой частицы или, как минимум, новой структуры в этом канале рождения. Эта новая частица выглядела настолько явной, что можно было заподозрить, что заметная часть вообще всех Bs мезонов рождалась именно таким способом, через промежуточный тетракварк. Эту долю можно охарактеризовать величиной ρ, которая определяется как число событий рождения X(5568) с распадом на Bsπ, поделенное на общее число рожденных Bs-мезонов. Из своих данных DZero оценила эту величину почти в 9%: ρD0 = (8,6 ± 1,9 ± 1,4)%.

Разумеется, после сообщения об открытии новой необычной частицы другие коллаборации также решили проверить свои данные в этом канале. Особенно интересным было узнать результат LHCb — эксперимента Большого адронного коллайдера, специально заточенного под физику B-мезонов. В нем B-мезонов было накоплено куда больше, чем на Тэватроне, да и погрешности измерений там существенно меньше (сравните гистограмму в сообщении DZero с изображениями, приведенными в этой новости).

На прошедшей недавно конференции Moriond коллаборация LHCb показала предварительные результаты этого анализа. Чуть более полная информация появилась также в предварительной публикации Search for structure in the Bsπ± invariant mass spectrum (LHCb-CONF-2016-004). В ней сообщается, что в статистике, накопленной LHCb в сеансе Run 1, — а она в 20 раз превышает статистику DZero — никаких убедительных свидетельств в пользу этой частицы обнаружено не было.

На рис. 1 показано распределение зарегистрированных Bsπ-пар по их инвариантной массе от порога рождения до 5700 МэВ. Показанные здесь события отвечают отбору событий с поперечным импульсом Bs-мезона больше 10 ГэВ. Искомый тетракварк должен был проявиться в этом распределении как широкий пик в области 5560–5580 МэВ. Однако видно, что никакого статистически достоверного «вспучивания» графика в этой области не происходит. Точное сравнение, в котором наряду с фоном (голубой цвет) допускается и новая частица с заявленными DZero параметрами (красный цвет), действительно указывает на слабое превышение над фоном, но это превышение совершенно статистически не значимое. Иными словами, данные не дают никаких оснований подозревать существование новой частицы; они столь же хорошо описываются и одним только фоном.

Тот факт, что частицы не видно, можно переформулировать как ограничение сверху на величину ρ: из данных LHCb получается ρLHCb < 1,8% на уровне достоверности 95%, то есть значительно меньше того, что заявила DZero.

Здесь следует сделать оговорку. В принципе, никто не утверждает, что величина ρ должна быть одинаковой для Тэватрона и для LHC, — ведь мы не знаем в деталях, как рождается эта гипотетическая частица. Поэтому тот факт, что ρLHCb (ограничение сверху) оказалось в пять раз меньше, чем ρD0 (заявленное измерение), строго говоря, не является основанием говорить, что результат LHCb полностью опроверг заявление DZero. Если теоретики сумеют придумать механизм рождения, который эффективен на Тэватроне, но почему-то резко выключается на LHC, частица будет иметь право на существование. Однако весь опыт изучения рождения адронов на коллайдерах говорит о том, что такая возможность крайне неправдоподобна.

Наконец, любопытно взглянуть, как должны были бы выглядеть данные LHCb, если бы тетракварк X(5568) рождался на LHC столь же интенсивно, как утверждает DZero. Ожидаемая картина показана на рис. 2.

Рис. 2. Распределение, в котором вклад от гипотетической частицы принят равным вкладу, заявленному DZero

Рис. 2. То же самое распределение, в котором вклад от гипотетической частицы принят равным вкладу, заявленному DZero. Видно, что эта гипотеза кардинально расходится с данными LHCb. График из статьи The LHCb Collaboration, 2016. Search for structure in the Bsπ± invariant mass spectrum

Видно, что такой огромный пик LHCb никак не пропустила бы. Таким образом, LHCb не подтверждает заявление DZero. И хотя прямого сообщения о «закрытии» частицы еще не прозвучало, такой вердикт сейчас кажется наиболее вероятным.


18
Показать комментарии (18)
Свернуть комментарии (18)

  • tetrapack  | 30.03.2016 | 05:47 Ответить
    А может ли разница заключаться в том, что сталкиваются протон-антипротон на Тэватроне и протон-протон на БАК? Так как, реально сталкиваются партонные плотности. То есть если, и кварки, и антикварки имеются в обоих случаях, то логика подсказывает, что разницы быть не должно. Ведь так?
    Не уж то (если частица действительно существует, вернее образуется) вся разница заключается в энергии столкновений? 1.8 ТэВ против 7-8 ТэВ?
    Ответить
    • PavelS > tetrapack | 30.03.2016 | 09:54 Ответить
      Ну, как я понял Игоря, при желании любой феномен, даже ошибочный, можно исхитриться как-то объяснить.

      Но если посмотреть на публикации про Теватрон, то он последние лет 5 просто фонтанировал открытиями, ни одно из которых не подтвердилось на БАК - как-то там похоже всё "протухло" под конец. Это наводит на мысль, что в Теватроне есть какой-то явный дефект, или в методиках, или в детекторах.
      Ответить
      • Игорь Иванов > PavelS | 30.03.2016 | 18:22 Ответить
        > Ну, как я понял Игоря, при желании любой феномен, даже ошибочный, можно исхитриться как-то объяснить.

        Не стоит преувеличивать. Даже если кто-то напишет какую-то совершенно экзотическую модель, идущую против духа всей адронной физики и построенную на взятых с потолка предположениях, то это еще не значит, что феномен «объяснили». Не надо каждую теоретическую статью воспринимать как ответственное заявление от всего научного сообщества.

        Насчет Тэватрона. Почти все заявления, которые потом закрывал LHC, были получены одной из двух коллабораций и не поддерживались второй. Здесь пока то же: заявление было только от одной коллаборации. Насколько я помню, единственный толком необъясненный эффект, который неуклонно видели обе группы и который так и не исчез при более тщательном анализе — это топ-антитоп асимметрия. LHC ее не видит, но как раз относительно этой величины разница между LHC и Тэватроном очень существенна.
        Ответить
    • poluekt > tetrapack | 30.03.2016 | 11:07 Ответить
      Ну так в статье ведь и написано: "Если теоретики сумеют придумать механизм рождения, который эффективен на Тэватроне, но почему-то резко выключается на LHC, частица будет иметь право на существование." Механизм рождения мезонов на Теватроне и LHCb, действительно, может несколько отличаться из-за отсутствия антикварков в начальном состоянии на LHC. Но почему это должно проявляться только при рождении экзотического тетракварка, тогда как все "нормальные" мезоны и барионы рождаются и там и там практически одинаково - непонятно.

      Вообще, к анализу D0 есть некоторые вопросы (которые, надеюсь, журнальные рецензенты зададут - статья-то еще не опубликована). Теперь окончательное слово будет за CDF. Если и там никакого намека нет - ну, значит, судьба.
      Ответить
  • kukushkа007  | 02.04.2016 | 03:30 Ответить
    Пора "взятся" за теоретиков. Может Померанчук был неправ?
    Ответить
    • akb > kukushkа007 | 04.04.2016 | 21:37 Ответить
      Пора взяться за кварки. Ибо IMHO бесперспективная гипотеза.
      Ответить
      • Игорь Иванов > akb | 04.04.2016 | 22:58 Ответить
        Как вы удачно выстроились.
        Обоим — последнее предупреждение. Правила модерации вы знаете; комменты из серии «современная физика совсем запуталась, надо все менять» — прямая дорога к блокировке.
        akb — отдельное «восхищение» тем, что он не может удержать в голове разницу между кварками и адронами, которая доступна и 12-летнему школьнику.
        Ответить
        • akb > Игорь Иванов | 06.04.2016 | 06:24 Ответить
          ;)
          Ответить
          • tetrapack > akb | 06.04.2016 | 07:34 Ответить
            akb, вы не против, если я одолжу этот ваш комментарий? Очень он, на мой взгляд, эпичен! :))
            Ответить
            • akb > tetrapack | 06.04.2016 | 08:15 Ответить
              Это был не комментарий к статье, как Вы понимаете. Равно, как и предыдущий. Поэтому нет, не разрешаю. Очевидно, Вы хотели бы потроллить?
              Ответить
        • kukushkа007 > Игорь Иванов | 06.04.2016 | 13:21 Ответить
          ;))) ;((((
          Ответить
        • akb > Игорь Иванов | 06.04.2016 | 14:51 Ответить
          Насколько себя помню, в 5 классе (12 лет) мои одноклассники не знали какой заряд у протона и электрона и из чего состоит атом. А Вы про кварки тут говорите. В 5-то классе? Откуда? Там только Ньютона начинают изучать.
          А уж про аНдронный и т.п. коллайдер Вы уже и сами, я думаю, наслышались/начитались из СМИ, в которых далеко не школьники работают. А что касается "удержать в голове", это действительно так, в молодости память гораздо лучше работает.
          Ответить
          • Victor1234 > akb | 08.04.2016 | 11:22 Ответить
            Если где-то учатся 11 лет, то у нас физику начинали в 7 классе.
            Ответить
            • prometey21 > Victor1234 | 08.04.2016 | 19:02 Ответить
              В профильном учебнике для школы по физике за 11-й класс описаны все существующие кварки u, d, s, c, b, t!
              Ответить
              • akb > prometey21 | 10.04.2016 | 23:39 Ответить
                Я окончил 10-летку. Откуда ж мне знать про кварки, которые в 11 классе изучают? ))
                Ответить
                • prometey21 > akb | 11.04.2016 | 21:50 Ответить
                  Это Вас не извиняет! Кварки, если о них рассказывают на уроках в школе, стали классикой!!! Ваши знания устарели! Но если у Вас есть тяга к знаниям то, в чем же дело!!!
                  Ответить
                  • akb > prometey21 | 12.04.2016 | 20:02 Ответить
                    Это была шутка. На самом деле, про кварки я знаю давным давно.
                    Ответить
                    • a_b > akb | 12.04.2016 | 22:13 Ответить
                      Потакать невежеству - кого это веселит?
                      Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»