LHCb заметил противоестественный распад прелестного бариона

Прелестные адроны, то есть частицы, имеющие в своем составе тяжелый b-кварк, преподнесли физикам уже немало загадок и просто любопытных результатов. Такое разнообразие возникает потому, что b-кварк может распадаться на любые другие кварки, кроме, конечно, сверхтяжелого топ-кварка. Остальные, более легкие кварки внутри прелестного адрона просто играют роль наблюдателей: они ждут, когда распадется b-кварк, а потом группируются с продуктами его распада в новые адроны.

Однако если в адроне есть и другой нестабильный кварк, например, s-кварк, то, в принципе, он может распасться в опережение b-кварка. Тогда получится этакий противоестественный распад тяжелого адрона — не за счет «главного действующего лица», а за счет «наблюдателя».

Сравнение времен жизни элементарных частиц показывает, что s-кварк в составе адронов живет на три порядка дольше, чем b-кварк. Поэтому такой противоестественный распад должен быть редким, его вероятность оценивается на уровне тысячных долей или меньше. До сих пор такой распад никогда и нигде не наблюдался.

В прошлом году теоретики внимательно проанализировали этот процесс на примере распадов \(\Xi_b \to \Lambda_b \pi\) и пришли к выводу, что в этом случае он может и подрасти до процента и больше. Причина в том, что легкие кварки группируются внутри тяжелого бариона в дикварковую пару с определенными характеристиками, и эта группировка может усилить распад. Процент — это уже в пределах чувствительности детектора LHCb, который как раз занимается изучением распадов разных прелестных адронов. Воодушевившись этим предсказанием, коллаборация LHCb провела поиск такого распада и доложилась о результатах в своей недавней статье.

Коллаборация изучала один конкретный распад: \({\Xi}_b^- \to \Lambda_b^0 \pi^-\) с последующим распадом сначала \(\Lambda_b^0 \) на \(\Lambda_c^+\pi^-\), а затем \(\Lambda_c^+ \) на \(p K^-\pi^+\). Одно только упоминание такой длинной цепочки должно дать представление о том, настолько сложным было извлечение сигнала из всей накопленной статистики. Тем не менее, благодаря выдающимся инструментальным характеристикам детектора, это сделать удалось.

Коллаборация действительно увидела указания на существование такого распада. Правда, при статистической значимости в 3,2 стандартных отклонения это пока нельзя назвать открытием. Оценка вероятности такого распада — от четверти до половины процента. Подчеркнем еще раз, что это первый зарегистрированный случай, когда в прелестном адроне распался «не тот» кварк.