Тяжелый пентакварк окончательно подтвержден

В прошлом году коллаборация LHCb неожиданно для всех сообщила об открытии пентакварка — адрона, состоящего из четырех кварков и одного антикварка (подробности читайте в новости Открыт адрон нового типа — пентакварк со скрытым очарованием, «Элементы», 15.07.2015). В принципе, законы сильного взаимодействия не запрещают кваркам собираться в такие комбинации, но по какой-то причине они долгое время физикам не встречались. В начале 2000-х годов вокруг этого вопроса даже разыгралась настоящая драма, когда несколько разных экспериментов сначала бодро заявляли о наблюдении легкого пентакварка, а потом столь же дружно закрыли его после набора большей статистики. Краткий исторический экскурс со ссылками можно найти в заметке В. Копелиовича «Продолжение пентакварковой драмы» и упомянутой выше новости.

После тех событий физики довольно настороженно относятся к сообщениям о наблюдении экзотических адронов, и в особенности пентакварков. Однако приведенные LHCb свидетельства в пользу существования новой тяжелой частицы Pc(4450)+ с кварковым составом uudc-анти-c (пентакварка со скрытым очарованием) были настолько впечатляющими, что мало кто сомневался в его реальности. Достаточно сказать, что статистическая значимость отклонения достигала 12σ, а фаза амплитуды вырисовывала красивую петлю на диаграмме Аргана, характерную для полноценной новой частицы. На самом деле, в данных тогда было и второе пентакварковое отклонение Pc(4380)+ со статистической значимостью 9σ, но его интерпретация в терминах новой частицы не выглядела столь однозначной.

На днях коллаборация LHCb окончательно развеяла все сомнения в реальности этих частиц. В журнале Physical Review Letters вышли две подряд статьи коллаборации, посвященные этой теме. В одной из них дается новое, улучшенное описание того же самого процесса распада тяжелого бариона ( Lambda_b^0 to J/psi K^- p ), в котором пентакварки и были обнаружены. В новом анализе коллаборация устранила последнюю лазейку, которая в принципе могла бы скомпрометировать вывод, — плохо учитываемый вклад множества резонансов в каон-протонной системе. Сейчас LHCb проанализировал данные таким способом, который уже не зависит от предположений об этой системе, — и на уровне статистической значимости около 10σ необходимость в пентакварковых резонансах остается.

Во второй статье LHCb сообщает об аналогичном анализе другого распада, ( Lambda_b^0 to J/psi pi^- p ). Замена К-мезона на пион меняет форму распределения и вклады от посторонних резонансов (на этот раз, в пион-протонной системе). Тем не менее, анализ показал, что одними только известными частицами данные не объяснить. На уровне статистической значимости как минимум 3σ требуется вводить один или оба пентакварка, либо тетракварк Zc(4200), обнаруженный ранее в эксперименте Belle. Наилучшее описание возникает при учете всех трех экзотических частиц. Таким образом, этот процесс дополнительно подкрепляет открытие тяжелых пентакварков со скрытым очарованием.

19.08 | Поиск Новой физики, Детектор ATLAS |