Новые данные LHCb проливают свет на загадочный мезон X(3872)

Коллаборация LHCb продолжает публиковать важные результаты, касающиеся экзотических мезонов. Совсем недавно она поставила точку в споре вокруг существования заряженного мезона из семейства чармониев, Z(4430). Сейчас в архиве е-принтов появилась другая ее статья, проливающая свет на свойства другого знаменитого кандидата в многокварковые состояния — мезона X(3872), частицы, с которой в 2003 году и началась новая эра в изучении экзотических мезонов.

В отличие от Z(4430), структуру мезона X(3872) определить совсем непросто. Это нейтральная частица из семейства чармониев, но ее спин, четность и характеристики распада заставляют усомниться в том, что это обычная кварк-антикварковая пара. Альтернативных вариантов предложено уже множество: молекула из D-мезонов или их возбужденных состояний, тетракварк, гибридный мезон, в структуре которого существенную роль играют глюоны, и более сложные варианты.

Различить эти варианты можно с помощью аккуратного изучения распадов X(3872), причем распадов максимально «чистых». Очень удобным инструментом для этого являются радиационные распады, напоминающие переходы между разными уровнями энергии в атомах или молекулах. В ходе такого распада частица X(3872) испускает фотон и превращается в какой-то из известных мезонов из семейства чармониев.

Первый такой распад, на J/ψ и фотон, был зарегистрирован несколько лет назад. А вот с распадом X(3872) на частицу ψ' (следующий мезон в семействе чармониев) и фотон ситуация была подвешенная. Поиск этого распада вели конкурирующие эксперименты Belle и BaBar, но только, в противоположность истории с поиском Z(4430), здесь уже BaBar видел некий сигнал, а Belle — нет. Этот распад — а точнее, его отношение к распаду на J/ψ и фотон — очень важен для выяснения структуры мезона. Теоретики предсказывают, что для чистой DD*-молекулы это отношение будет меньше 0,01, для чистого (неэкзотического) чармония — от 1,2 до 15, а для их смеси значения получаются от 0,5 до 5.

Новое измерение LHCb дало результат 2,46 ± 0,64 ± 0,29. Иными словами, коллаборация видит этот распад на довольно приличном уровне статистической значимости — 4,4 сигма, и этот распад оказывается достаточно сильным. Отсюда делается вывод, что чистая DD*-молекулярная гипотеза структуры этого мезона практически исключена, но некоторая смесь такой структуры и чистого чармония вполне согласуется с данными. Если взглянуть на верхнюю часть самой первой иллюстрации к новости про Z(4430) и понимать под синей стрелочкой процесс постоянного превращения двух структур друг в друга, то это и будет иллюстрацией такой возможности.

Впрочем, надо теперь проверить, что предсказывают для этого распада остальные теоретические варианты устройства этого мезона.