X(4140)

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X(4140)
Una familia bosón
Grupo Mesón
Participa en interacciones Gravitacional [1] , fuerte
Estado Hipotético
Peso 4140 MeV / s²_ _
canales de descomposición mesones J/ψ y φ
Quién o qué lleva el nombre propio peso
números cuánticos
número bariónico 0

X(4140) (anteriormente conocido como Y(4140) ) es una partícula no predicha previamente por el Modelo Estándar . Se observó por primera vez en Fermilab y su descubrimiento se anunció el 17 de marzo de 2009 . El nombre proviene del hecho de que la masa de la partícula descubierta es de unos 4140 MeV / c² . Esta partícula es extremadamente rara y solo se encuentra en 1 de cada 20 mil millones de colisiones [2] .

Dado que se descompone en mesones J/ψ y φ , se ha sugerido que esta partícula consta de quarks encantados y antiquarks encantados, tal vez incluso una combinación de cuatro quarks [3] . Durante algún tiempo la existencia de la partícula no fue confirmada por los datos de otros experimentos ( LHCb [4] , Belle[5] ), sin embargo, en noviembre de 2012 apareció información sobre la observación de una partícula en el LHC por parte de la colaboración CMS [6] .

Canales de decaimiento

Canales de desintegración sugeridos para la partícula X(4140):

Historia

Inicialmente, la partícula se denominó - Y (4140), más tarde el grupo de investigación del Grupo de datos de partículaspartícula renombrada Y (4140) a X (4140).

Los primeros indicios de la existencia de esta partícula comenzaron a aparecer en 2009 en datos del detector CDF ., que trabajó en el colisionador estadounidense Tevatron . Al estudiar las desintegraciones de los mesones B en tres mesones  - J / ψ , φ y K , los físicos notaron que el par J / ψ y φ a veces nacía de forma correlacionada  , como si una nueva partícula apareciera primero y luego, después de una mientras que decaería en J/ψ y φ. En 2011, tras la acumulación de nuevos datos y el aumento de la fiabilidad estadística, ya se informó del descubrimiento completo de esta partícula. Además, en los datos del detector CDF, también se encontró una segunda partícula en el mismo canal de decaimiento, pero la significancia estadística de estos eventos fue menor.

En febrero de 2012, apareció un artículo de la colaboración LHCb , que describe los resultados de la búsqueda de la partícula X(4140) en las estadísticas de 0,37 f b −1 , lo que no confirma el descubrimiento [4] . Se analizó la cadena de descomposición y no se encontró una producción particularmente correlacionada de mesones J/Ψ y φ. Los datos del LHCb encajan bien en el fondo y no confirmaron el hallazgo de la partícula en el Tevatron .

En noviembre de 2012, la colaboración CMS confirmó la observación de esta partícula con una significación estadística superior a 5σ en el canal de desintegración.

en el curso del procesamiento de las estadísticas de 5.2 fb −1 obtenidas como resultado de colisiones de protones a una energía de 7 TeV. En este caso, la partícula tiene una masa de 4148,2 ± 2,0 (error estadístico) ± 4,6 (error sistemático) MeV/c 2 . También se observa un pico más débil con una masa de 4316,7 ± 3,0 (error estadístico) ± 7,3 (error sistemático) MeV/c 2 [6] [7] .

El proceso de nacimiento y decaimiento de la partícula X(4140) indica que es un mesón, pero con propiedades inusuales. Debería contener un par quark-antiquark encantado , pero con una masa tan grande (alrededor de 4143 MeV/c²) se descompondría fácilmente en mesones D. Pero resultó que X(4140) vive mucho más, lo que significa que algo en su estructura evita una simple descomposición en D-mesones.

Las propiedades de esta partícula son de gran interés para los físicos teóricos , ya que así deberían manifestarse los hadrones multiquark , que siguen siendo exóticos entre las partículas elementales . Cómo funcionan los hadrones multiquark y por qué son tan raros es una de las preguntas más importantes en la física moderna de hadrones . Los expertos esperan que un estudio cuidadoso de las características de esta y otras partículas similares en diferentes colisionadores ayude a encontrar respuestas.

Problema X(4140)

Explicar la descomposición de la partícula X(4140) es un problema serio para los físicos. Hasta ahora (2013) se sabe que solo existen dos formas de existencia de los estados ligados de los quarks : en los mesones quark-antiquark , y la formación de un sistema formado por tres quarks durante la formación de los bariones . Las propiedades de la partícula X(4140) no encajan en ninguno de estos esquemas. Por lo tanto, no está claro qué es realmente. En esta oportunidad, el profesor Jacobo Koenigsberga de la Universidad de Florida , uno de los participantes en el experimento realizado en el Tevatron , dice: “Todavía no estamos seguros de qué se trata, pero ten por seguro que lo seguiremos estudiando ” .

Algunos científicos creen que la partícula X(4140) puede ser una adición a los bariones y mesones ya conocidos, así como la primera "copia" identificada de una nueva familia de hadrones hasta ahora desconocida (los estados ligados se forman a partir de quarks y antiquarks) . De hecho, se han observado patrones de descomposición inusuales similares en los últimos años en el Tevatron, pero con mucha menos importancia estadística. También se han detectado desintegraciones de partículas inusuales en el acelerador KEK en Japón y SLAC en California.

Un participante en el experimento en KEK, el profesor japonés Masanori Yamauchi, señala la similitud de las propiedades de las partículas detectadas en KEK con una masa en reposo de 3940 MeV. Sugiere que estas dos partículas pueden representar el comienzo de una nueva familia de hadrones exóticos.

Debido a la cantidad limitada de datos experimentales sobre la estructura y las propiedades de la partícula X(4140) , esta pregunta permanece abierta ahora (2013). “Estamos construyendo nuestro conocimiento poco a poco, y cuando tengamos suficiente, entenderemos cómo armar este rompecabezas ”, dice Rob Roser, empleado de Fermilab [2] .

Notas

  1. ↑ El asombroso mundo dentro del núcleo atómico. Preguntas después de la conferencia Archivado el 15 de julio de 2015 en Wayback Machine , FIAN, 11 de septiembre de 2007
  2. ↑ 1 2 Partícula extraña creada; Puede reescribir cómo se hace la materia . Consultado el 5 de julio de 2012. Archivado desde el original el 15 de octubre de 2012.
  3. ↑ New Particle Throws Monkeywrench in Particle Physics Archivado el 25 de junio de 2012 en Wayback Machine // universetoday.com
  4. ↑ 1 2 El detector LHCb no confirma la existencia de la partícula encontrada previamente en el Tevatron . Archivado el 29 de octubre de 2012.
  5. ↑ ruptura de simetría "Blog Archive" Particle bicho raro sorprende a los físicos . Consultado el 6 de julio de 2012. Archivado el 18 de julio de 2012.
  6. ↑ 1 2 Nueva estructura similar a una partícula confirmada en el LHC | Revista de simetría . Consultado el 18 de noviembre de 2012. Archivado desde el original el 21 de noviembre de 2012.
  7. ↑ PhysicsResultsBPH11026 < CMSPublic < TWiki . Consultado el 19 de noviembre de 2012. Archivado desde el original el 24 de octubre de 2017.

Literatura

Enlaces