CERN Accelerating science

このメディア更新は、2020年5月25日から30日まで開催される2020Large Hadron Collider Physics conferenceに関連するシリーズの一部です。 もともとパリで開催される予定であったこの会議は、COVID-19のパンデミックのために完全にオンラインで開催されています。

CERNのALICE、CMS、LHCbの共同研究は、チャームクォークを含む粒子が、現在の宇宙で目に見える物質の大部分を構成するハドロンと、初期の宇宙に存在し、Large Hadron Collider(LHC)での重イオン衝突で再現できると考えられているクォーク–グルオンプラズマの二つの形態の物質の”メッセンジャー”としてどのように役立つかを示す新しい測定を発表した。 チャームド粒子を研究することによって、物理学者はクォークがグルオンによって結合されているハドロンや、クォークとグルオンがハドロン内に閉じ込められていないクォーク–グルオンプラズマについてもっと学ぶことができる。

主な結果は次のとおりです。

LHCbチームは、チャームクォークを含むハドロンであるxc1(3872)として知られる粒子の2つの特性の最も正確な測定を得ました。 この粒子は2003年に発見され、2クォークのハドロンであるのか、4つのクォークがしっかりと結合しているテトラクォークのようなよりエキゾチックなハドロンであるのか、分子のような構造で弱く結合している2クォーク粒子のペアであるのかは不明である。 このハドロンの性質を固定することは、クォークがハドロンにどのように結合するかについての物理学者の理解を広げることができます。 「我々の結果は、xc1(3872)が緩く結合した2クォーク粒子のペアであることと一致していますが、テトラクォーク仮説や他の可能性を完全に排除するものではあ

CMSの共同研究では、B0Sと呼ばれる別の粒子の同じxc1(3872)粒子への変換、つまり「崩壊」が初めて観測されました。 研究者らは、この崩壊を以前に観測されたB+中間子の崩壊と比較し、2003年にxc1（3872）の最初の検出につながった。 崩壊の両方のタイプは、アップと奇妙なクォークにこのハドロンの挙動をリンクします。 CMSの広報担当者であるRoberto Carlin氏は、「減衰率の測定された違いは興味深いものであり、まだ完全には確立されていないxc1（3872）の性質についてのさらなる洞察を提供する可能性があります」と述べています。

アリスの共同研究では、チャームクォークを含むハドロンのいわゆる楕円流を重イオン衝突で測定した。 ハドロンは衝突時に生成され、クォーク–グルオンプラズマも生成する。 チャームクォークのように重いクォークを含むハドロンは、クォーク–グルオンプラズマの優れた”メッセンジャー”であり、それについての重要な情報を運ぶことを意味する。 “ALICEが観測したパターンは、重いチャームクォークがクォーク–グルオンプラズマの膨張によって引きずられていることを示しています”とALICEの広報担当者Luciano Musaは言

lhcの共同研究は、次回のLHCの実行からのデータを使用して、クォーク世界のこれらのメッセンジャーのより正確な測定を行うことを目指しています。

これらの結果の包括的な説明については、以下をお読みください。

チャームクォークハドロンに関連する結果

LHCbとCMSの共同研究は、xc1(3872)として知られているハドロンの研究からの結果を記述しています。 この粒子は2003年に日本でBelle実験によって発見されたが、2クォークのハドロンであるのか、4つのクォークがしっかりと結合したテトラクォークのようなよりエキゾチックなハドロンであるのか、分子のような構造で弱く結合した2クォークの粒子のペアであるのかは不明である。

xc1(3872)の性質をピン留めすることで、クォークがハドロンにどのように結合するかについての物理学者の理解を広げることができます。 CMSとLHCbの共同研究による新しい研究は、この粒子の性質を新たに明らかにしましたが、まだ完全には明らかにしていません。

洗練された分析技術と2つの異なるデータセットを使用して、LHCbチームは粒子の質量の最も正確な測定値を得て、粒子の寿命を決定するパラメータである粒子の”幅”を5つ以上の標準偏差の有意性で初めて決定した。

これまで、研究者はこのパラメータの許容値の上限しか得られていませんでした。 LHCbの研究者は、滑らかな背景上の衝突イベントの過剰（バンプ）を検索する古典的な”バンプ”狩猟技術を使用して、データセット内のxc1（3872）粒子を検出しました。 各データセットは、質量と幅の測定につながり、両方のデータセットからの結果は互いに一致しました。

「我々の結果は、まだ最も正確であるだけでなく、xc1（3872）の質量がD0とD*0の魅力的な中間子の質量の合計に著しく近いことを示しています」とLhcbのスポー 「これはxc1(3872)が緩く結合した2つのクォーク粒子のペアであることと一致していますが、テトラクォーク仮説やその他の可能性を完全に排除するものではありません。”

一方、3年間にわたって記録された大規模なデータセットを分析すると、CMSの共同研究では、B0s粒子のxc1(3872)とa π中間子への変換、すなわち”崩壊”が初めて観測された。 この二クォーク粒子B0SはB+中間子の相対的なものであり、Belle実験で最初にxc1(3872)が検出された。 LHCBチームと同様に、CMSチームはバンプ技術を使用してxc1（3872）を検出しました。

“B0Sがハドロンxc1(3872)とπ中間子に崩壊する速度は、B0がxc1(3872)と反K0中間子に崩壊する速度と似ているのに対し、以前に観測されたB+がxc1(3872)とK+中間子に崩壊する速度の約二倍低いことが分かったので、我々の結果は特に興味深い”とCMSの広報担当者Roberto Carlinは述べている。 「これらの崩壊では、ボトムクォーク以外の異なるクォークが役割を果たします」とCarlin氏は説明します。 “減衰率が明らかなパターンに従わないという事実は、xc1（3872）の性質に光を当てることができます。”

チャームクォークの結果クォーク–グルオンプラズマに関連する

クォーク結合スペクトルのもう一方の端で、アリスの共同研究は、重イオン衝突で軽クォーク（D中間子を形成する）または反チャームクォーク（J/π中間子を作る）に結合したチャームクォークを含むハドロンのいわゆる楕円流を測定した。 重いクォーク、チャームまたはボトムを含むハドロンは、これらの衝突で形成されたクォーク–グルオンプラズマの優れたメッセンジャーである。 それらは衝突の初期段階、プラズマの出現前に生成され、急速な膨張から冷却、最終的にハドロンへの変換まで、その進化全体を通してプラズマ成分と相互作用する。

重い核が頭に衝突しないとき、プラズマは伸長し、その膨張はハドロンの運動量分布、すなわち流れの支配的な楕円変調につながる。 ALICEチームは、低運動量では、D中間子の楕円流は、軽いクォークのみを含むパイ中間子の楕円流ほど大きくはないが、J/π中間子の楕円流は両方よりも低いが、はっきりと観測されることを発見した。

“このパターンは、重いチャームクォークがクォーク–グルオンプラズマの膨張によって引きずられていることを示しています”とALICEの広報担当者Luciano Musaは言います。”

アリスチームが行った別の測定–ボトムクォークを含むBハドロンの崩壊から生じる電子の流れ–は、ボトムクォークもクォーク–グルオンプラズマの細長い形に敏感であることを示している。 ウプシロン粒子は、j/πのようなチャームと反チャームとは対照的に、ボトムクォークとその反クォークから構成されており、その質量がはるかに大きく、再結合に利用可能なボトムクォークの数が少ないため、大きな流れを示さない。

:

• https://cms.cern/news/discreet-charm-x3872
• https://lhcb-public.web.cern.ch/ ようこそhtml#X(3872)2020

原著論文:

• アリス: https://arxiv.org/abs/2005.11131
• アリス: https://arxiv.org/abs/2005.11130
• アリス: https://arxiv.org/abs/2005.14518
• CMS: https://arxiv.org/abs/2005.04764
• LHCb: https://arxiv.org/abs/2005.13422
• LHCb: https://arxiv.org/abs/2005.13419