CERN Accelerating science

ta aktualizacja mediów jest częścią serii związanej z konferencją fizyki Wielkiego Zderzacza Hadronów 2020, która odbędzie się w dniach 25-30 maja 2020. Pierwotnie zaplanowana na Paryż konferencja odbywa się w całości online ze względu na pandemię COVID-19.

współpraca ALICE, CMS i LHCb w CERN przedstawia nowe pomiary, które pokazują, w jaki sposób cząstki zaklęte – cząstki zawierające kwarki powabne – mogą służyć jako “posłańcy” dwóch form materii złożonej z kwarków i gluonów: Hadronów, które stanowią większość widzialnej materii we współczesnym wszechświecie; oraz plazmy kwarkowo-gluonowej, która, jak się sądzi, istniała we wczesnym Wszechświecie i może być odtworzona w zderzeniach ciężkich jonów w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). Badając cząstki czarodziejskie, fizycy mogą dowiedzieć się więcej o hadronach, w których kwarki są związane przez gluony, a także plazmie kwarkowo–gluonowej, w której kwarki i gluony nie są ograniczone do Hadronów.

główne wyniki To:

zespół LHCb uzyskał najbardziej precyzyjne jak dotąd pomiary dwóch właściwości cząstki znanej jako xc1(3872), hadronu zawierającego kwarki powabne. Cząstka została odkryta w 2003 roku i pozostaje niejasne, czy jest to hadron dwuwarkowy, bardziej egzotyczny hadron, taki jak tetrakwark-układ czterech ściśle powiązanych ze sobą kwarków – czy para cząstek dwuwarkowych słabo związanych w strukturę podobną do cząsteczki. Przypięcie natury tego hadronu mogłoby poszerzyć zrozumienie fizyków, w jaki sposób kwarki wiążą się z hadronami. “Nasze wyniki są zgodne z xc1(3872) jest parą cząstek dwucząsteczkowych luźno połączonych ze sobą, ale nie wyklucza to całkowicie hipotezy tetrakwarku ani innych możliwości”, mówi rzecznik LHCb Giovanni Passaleva.

współpraca CMS zaobserwowała po raz pierwszy przemianę lub “rozpad” innej cząstki, zwanej B0s, w tę samą cząstkę xc1(3872). Badacze porównali ten rozpad z wcześniej zaobserwowanym rozpadem mezonu b+, co doprowadziło do pierwszego wykrycia xc1 (3872) w 2003 roku. Oba rodzaje rozpadów łączą zachowanie się tego hadronu z kwarkami up i dziwnymi. “Zmierzone różnice w szybkości rozpadu są intrygujące i mogą zapewnić dalszy wgląd w naturę xc1 (3872), który nie został jeszcze w pełni ustalony” – mówi rzecznik CMS Roberto Carlin.

współpraca Alicji zmierzała tzw. eliptyczny przepływ Hadronów zawierających kwarki powabne, w zderzeniach ciężkich jonów. Hadrony powstają podczas zderzeń, które tworzą również plazmę kwarkowo-gluonową. Hadrony zawierające ciężkie kwarki, podobnie jak kwarki powabne, są doskonałymi “posłańcami” plazmy kwarkowo-gluonowej, co oznacza, że niosą o niej ważne informacje. “Wzór zaobserwowany przez ALICE wskazuje, że ciężkie kwarki powabne są przeciągane przez ekspansję plazmy kwarkowo–gluonowej”, mówi rzecznik ALICE Luciano Musa.

patrząc w przyszłość, współpraca z LHC ma na celu dokładniejsze pomiary tych posłańców świata kwarkowego przy użyciu danych z następnego biegu LHC, które skorzystają z znacznie ulepszonych zestawów eksperymentów.

Czytaj więcej poniżej, aby uzyskać wyczerpujący opis tych wyników.

Charm quark results related to hadrons

współpraca LHCb i CMS opisuje wyniki swoich badań nad hadronem znanym jako xc1(3872). Cząstka została odkryta w 2003 roku w japońskim eksperymencie Belle, ale nie wiadomo, czy jest to hadron dwuwarkowy, bardziej egzotyczny hadron, taki jak tetrakwark – układ czterech ściśle powiązanych ze sobą kwarków – czy para cząstek dwuwarkowych słabo związanych w strukturę podobną do cząsteczki.

poznanie natury xc1(3872) może poszerzyć wiedzę fizyków o tym, jak kwarki wiążą się z hadronami. Nowe badania przeprowadzone przy współpracy CMS i LHCb rzucają nowe światło na – ale jeszcze nie w pełni ujawniają-naturę tej cząstki.

wykorzystując zaawansowane techniki analizy i dwa różne zbiory danych, zespół LHCb uzyskał najbardziej precyzyjne jak do tej pory pomiary masy cząstki i po raz pierwszy ustalił “szerokość” cząstki, parametr, który określa jej żywotność, mając na uwadze ponad pięć odchyleń standardowych.

do tej pory badacze byli w stanie uzyskać jedynie górne granice dozwolonych wartości tego parametru. Badacze LHCb wykryli w swoich zestawach danych cząstki xc1 (3872) stosując klasyczną technikę “bump”-polowania, polegającą na poszukiwaniu nadmiaru (bump) zdarzeń kolizyjnych na gładkim tle. Każdy zbiór danych prowadził do pomiaru masy i szerokości, a wyniki z obu zestawów danych zgadzają się ze sobą.

“nasze wyniki są nie tylko najdokładniejsze, ale pokazują również, że masa XC1(3872) jest niezwykle zbliżona do sumy mas mezonów D0 i D*0” – mówi rzecznik LHCb Giovanni Passaleva. “Jest to zgodne z xc1(3872) jest to para dwucząstek kwarków luźno ze sobą związanych, ale nie wyklucza to całkowicie hipotezy tetrakwarku ani innych możliwości.”

tymczasem, analizując duży zbiór danych zarejestrowany w ciągu trzech lat, współpraca CMS zaobserwowała po raz pierwszy transformację lub “rozpad” cząstki B0s w XC1(3872) i MEZON a ϕ. Ta dwucząstkowa cząstka, B0s, jest spokrewniona z mezonem B+, w rozpadie którego eksperyment Belle po raz pierwszy wykrył xc1(3872). Podobnie jak zespół LHCb, zespół CMS wykrył xc1 (3872) za pomocą techniki bump.

“nasz wynik jest szczególnie interesujący, ponieważ odkryliśmy, że szybkość rozpadu B0 na hadron XC1(3872) i MEZON ϕ jest podobna do szybkości rozpadu B0 na xc1(3872) i MEZON anty-K0, podczas gdy jest około dwa razy mniejsza niż w przypadku wcześniej obserwowanego rozpadu B+ na xc1(3872) i MEZON K+”, mówi rzecznik CMS Roberto Carlin. “W tych rozpadach rolę odgrywają różne kwarki, inne niż kwark dolny”, wyjaśnia Carlin. “Fakt, że szybkość rozpadu nie podąża za oczywistym wzorcem, może rzucić światło na naturę xc1(3872)”

kwark powabny wyniki związane z plazmą kwarkowo–gluonową

na drugim końcu widma wiązania kwarków, współpraca ALICE zmierzyła tzw. eliptyczny przepływ Hadronów zawierających kwark powabny, związany z kwarkiem lekkim (tworzącym MEZON D) lub z antycharmem (tworzącym MEZON j/ψ) w zderzeniach ciężkich jonów. Hadrony zawierające ciężkie kwarki, charm lub dno, są doskonałymi posłańcami plazmy kwarkowo-gluonowej powstającej w tych zderzeniach. Są one wytwarzane w początkowych stadiach zderzeń, przed pojawieniem się plazmy, a tym samym oddziałują ze składnikami plazmy przez całą jej ewolucję, od jej szybkiej ekspansji do jej ochłodzenia i ewentualnej transformacji w hadrony.

gdy ciężkie jądra nie zderzają się czołowo, plazma jest wydłużona, a jej ekspansja prowadzi do dominującej eliptycznej modulacji rozkładu pędu Hadronów lub przepływu. Zespół ALICE odkrył, że przy niskim pędzie przepływ eliptyczny mezonów D nie jest tak duży jak przepływ pionów, które zawierają tylko lekkie kwarki, podczas gdy przepływ eliptyczny mezonów j/ψ jest mniejszy niż oba, ale wyraźnie obserwowany.

“ten wzór wskazuje, że ciężkie kwarki powabne są przeciągane przez ekspansję plazmy kwarkowo–gluonowej”, mówi rzecznik ALICE Luciano Musa, “ale prawdopodobnie w mniejszym stopniu niż kwarki lekkie, i że zarówno mezony d, jak i j/ψ o niskim pędzie są częściowo utworzone przez wiązanie lub rekombinację płynących kwarków.”

inny pomiar przeprowadzony przez zespół ALICE-przepływu elektronów pochodzących z rozpadów Hadronów B, zawierających kwark dolny-wskazuje, że kwarki dolne są również wrażliwe na wydłużony kształt plazmy kwarkowo–gluonowej. Cząstki upsilonu, które składają się z kwarku dolnego i jego antykwarku, w przeciwieństwie do czaru i antycharmu, takiego jak j/ψ, nie wykazują znaczącego przepływu, prawdopodobnie ze względu na znacznie większą masę i niewielką liczbę kwarków dolnych dostępnych do rekombinacji.

Czytaj więcej na stronach CMS i LHCb:

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

dokumenty oryginalne:

• Alicja: https://arxiv.org/abs/2005.11131
• Alicja: https://arxiv.org/abs/2005.11130
• Alicja: 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