CERN Accelerating science

denna medieuppdatering är en del av en serie relaterad till 2020 Large Hadron Collider Physics conference, som äger rum från 25 till 30 maj 2020. Ursprungligen planerad att äga rum i Paris hålls konferensen helt online på grund av COVID-19-pandemin.

samarbetet ALICE, CMS och LHCb vid CERN presenterar nya mätningar som visar hur charmade partiklar – partiklar som innehåller charmkvarkar – kan fungera som “budbärare” av två former av materia som består av kvarkar och gluoner: hadroner, som utgör det mesta av den synliga materien i dagens universum; och kvark-gluonplasma, som tros ha funnits i det tidiga universum och kan återskapas i tungjonskollisioner vid Large Hadron Collider (LHC). Genom att studera charmade partiklar kan fysiker lära sig mer om hadroner, där kvarkar är bundna av gluoner, liksom kvark–gluonplasma, där kvarkar och gluoner inte är begränsade inom hadroner.

huvudresultaten är:

lhcb-teamet erhöll de mest exakta mätningarna av två egenskaper hos en partikel som kallas xc1(3872), en hadron innehållande charmkvarkar. Partikeln upptäcktes 2003 och det har varit oklart om det är en tvåkvark hadron, en mer exotisk hadron som en tetraquark-ett system med fyra kvarkar tätt bundna ihop – eller ett par tvåkvarkpartiklar svagt bundna i en molekylliknande struktur. Att sätta ner naturen hos denna hadron kan förlänga fysikernas förståelse för hur kvarkar binder till hadroner. “Våra resultat överensstämmer med att xc1 (3872) är ett par tvåkvarkpartiklar löst bundna ihop, men det utesluter inte helt tetraquarkhypotesen eller andra möjligheter”, säger lhcb-talesman Giovanni Passaleva.

CMS-samarbetet observerade för första gången omvandlingen eller “sönderfallet” av en annan partikel, kallad B0s, till samma XC1(3872) partikel. Forskarna jämförde detta förfall med det tidigare observerade förfallet av B + meson, vilket hade lett till den första upptäckten av xc1(3872) 2003. Båda typerna av förfall kopplar beteendet hos denna hadron till upp och konstiga kvarkar. “Uppmätta skillnader i sönderfallshastigheterna är spännande och kan ge ytterligare inblick i karaktären av xc1(3872), som ännu inte är helt etablerad”, säger CMS-talesman Roberto Carlin.

ALICE-samarbetet mätte det så kallade elliptiska flödet av hadroner innehållande charmkvarkar i tungjonskollisioner. Hadronerna skapas under kollisioner som också skapar en kvark–gluonplasma. Hadroner som innehåller tunga kvarkar, som charmkvarken, är utmärkta “budbärare” av Kvark–gluonplasma, vilket innebär att de bär viktig information om den. “Mönstret som observerats av ALICE indikerar att de tunga charmkvarkarna dras av Kvark–gluonplasmans expansion”, säger ALICE-talesman Luciano Musa.

ser fram emot, LHC-samarbeten syftar till att göra mer exakta mätningar av dessa budbärare i kvarkvärlden med hjälp av data från nästa LHC-körning, vilket kommer att dra nytta av i stort sett uppgraderade experimentuppsättningar.

Läs mer nedan för en omfattande beskrivning av dessa resultat.

Charm quark-resultat relaterade till hadroner

lhcb-och CMS-samarbeten beskriver resultat från deras studier av en hadron som kallas xc1(3872). Partikeln upptäcktes 2003 av Belle-experimentet i Japan men det har varit oklart om det är en tvåkvark hadron, en mer exotisk hadron som en tetraquark – ett system med fyra kvarkar tätt bundna ihop – eller ett par tvåkvarkpartiklar svagt bundna i en molekylliknande struktur.

Pinning ner naturen av xc1(3872) kan förlänga fysikernas förståelse för hur kvarkar binder till hadroner. De nya studierna av CMS-och LHCb-samarbetena belyser – men avslöjar ännu inte helt – denna partikels natur.

med hjälp av sofistikerade analystekniker och två olika datamängder erhöll lhcb-teamet de mest exakta mätningarna hittills av partikelns massa och bestämdes för första gången och med en betydelse av mer än fem standardavvikelser partikelns “bredd”, en parameter som bestämmer partikelns livstid.

hittills hade forskare bara kunnat få övre gränser för de tillåtna värdena för denna parameter. Lhcb-forskarna upptäckte XC1 (3872) partiklar i sina dataset med hjälp av den klassiska “bump”-jakttekniken för att söka efter ett överskott (bulten) av kollisionshändelser över en jämn bakgrund. Varje dataset ledde till en mätning av massa och bredd, och resultaten från båda datamängderna överensstämmer med varandra.

“våra resultat är inte bara de mest exakta ännu, De visar också att massan av xc1(3872) är anmärkningsvärt nära summan av massorna av d0 och D*0 charmade mesoner”, säger lhcb-talesman Giovanni Passaleva. “Detta överensstämmer med att xc1 (3872) är ett par tvåkvarkpartiklar löst bundna ihop, men det utesluter inte helt tetraquarkhypotesen eller andra möjligheter.”

under tiden analyserade en stor dataset inspelad under tre år, observerade CMS-samarbetet för första gången omvandlingen, eller “sönderfallet”, av b0s-partikeln till xc1(3872) och en megapixelmeson. Denna tvåkvarkpartikel, B0s, är en släkting till B+ meson, i förfallet av vilket Belle-experimentet först upptäckte xc1(3872). Liksom LHCb-teamet upptäckte CMS-teamet xc1 (3872) med hjälp av bump-tekniken.

“vårt resultat är särskilt intressant eftersom vi fann att den hastighet med vilken B0: erna sönderfaller till hadron xc1(3872) och Meson av microni liknar den för B0 till xc1(3872) och en anti-K0 meson, medan den är ungefär dubbelt så låg som För det tidigare observerade B+ – förfallet till xc1(3872) och K+ meson”, säger CMS-talesman Roberto Carlin. “I dessa sönderfall spelar olika kvarkar, andra än bottenkvarken, en roll”, förklarar Carlin. “Det faktum att sönderfallshastigheterna inte följer ett uppenbart mönster kan belysa arten av xc1(3872).”

Charm quark–resultat relaterade till kvark-gluonplasman

i den andra änden av kvarkbindande spektrum mätte ALICE-samarbetet det så kallade elliptiska flödet av hadroner innehållande en charm quark, antingen bunden till en lätt kvark (bildar en d-meson) eller till en antikarm (gör en J/Millenium meson) i tungjonkollisioner. Hadroner som innehåller tunga kvarkar, charm eller botten är utmärkta budbärare av Kvark–gluonplasma som bildas i dessa kollisioner. De produceras i de inledande stadierna av kollisionerna, före uppkomsten av plasma, och interagerar därmed med plasmakomponenterna under hela dess utveckling, från dess snabba expansion till dess kylning och dess eventuella omvandling till hadroner.

när tunga kärnor inte kolliderar huvudet på, är plasman långsträckt och dess expansion leder till en dominerande elliptisk modulering av hadronernas momentumfördelning eller flöde. ALICE-teamet fann att vid låg momentum är det elliptiska flödet av D-mesoner inte lika stort som det för pioner, som endast innehåller lätta kvarkar, medan det elliptiska flödet av J/micabi-mesoner är lägre än båda men tydligt observerade.

“detta mönster indikerar att de tunga charmkvarkarna dras av Kvark–gluonplasmans expansion”, säger ALICE-talesman Luciano Musa, “men sannolikt i mindre utsträckning än lätta kvarkar, och att både D-och J/megapixelmesoner vid låg momentum delvis bildas av bindning eller rekombination av flytande kvarkar.”

en annan mätning utförd av ALICE – teamet – av flödet av elektroner som härrör från sönderfall av B–hadroner, innehållande en bottenkvark-indikerar att bottenkvarkar också är känsliga för den långsträckta formen av Kvark-gluonplasma. Upsilonpartiklar, som består av en bottenkvark och dess antikvark, i motsats till en charm och anticharm som J/GHz, uppvisar inte signifikant flöde, troligen på grund av deras mycket större massa och det lilla antalet bottenkvarkar som är tillgängliga för rekombination.

Läs mer på CMS och lhcb webbplatser:

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

originalpapper:

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