В ходе проведения эксперимента Belle учеными впервые была измерена энергетическая зависимость эксклюзивных реакций производства B-мезонов. Новые данные прояснят природу группы экзотических упсилон-мезонов с массами в диапазоне энергий от 10,63 до 11,02 гигаэлектронвольт.
В данном эксперименте приняли участие более 400 исследователей, в числе которых сотрудники Международной лаборатории физики элементарных частиц Высшей школы экономики.
Известно, первый упсилон-мезон, состоящий из b- и анти-b-кварков, был найден в 1977 году. А в 2008 году учеными впервые было обнаружено, что высокоэнергетические состояния упсилон-мезона обладают аномальными свойствами, выяснение причин которых является одним из открытых вопросов адронной физики. Теоретические предположения сводятся к тому, что внутри высоковозбужденных упсилонных состояний существуют дополнительные степени свободы: легкий кварк и антикварк, или валентный глюон.
Такие многочастичные связанные состояния называются экзотическими адронами. Для проведения различия между моделями о структуре высоковозбужденных упсилон-мезонов нужны были дополнительные экспериментальные данные. Такие данные были собраны в эксперименте Belle десять лет назад.
Детектор Belle работал на электрон-позитронном коллайдере KEK-B в Японии с 1999 по 2010 год. Физики со всего мира изучали свойства B+ и B0 мезонов, состоящих из тяжелого анти-b-кварка и одного легкого u- или d-кварка. Было идентифицировано множество редких распадов этих частиц, а также изучены различия в свойствах частиц и античастиц (B+ и B-, B0 и анти-B0). Это позволило приблизиться к пониманию механизмов асимметрии материи и антиматерии в современной Вселенной.
При столкновении электрона и позитрона рождается множество частиц, которые, в свою очередь, взаимодействуют или распадаются. Для того чтобы понять, какие реакции произошли после столкновения частиц, современные эксперименты состоят из нескольких “слоев” различных детекторов. В этих слоях регистрируются и изучаются определенные частицы.
Анализ данных сканирования позволил получить информацию об энергетической зависимости сечений ряда реакций. В данном случае новый тяжелый мезон Upsilon (10750) был обнаружен в виде сечения для производства слабо возбужденных мезонов Upsilon вместе с парой pi+pi-мезонов. Все ранее изученные реакции дают относительно небольшие вклады в общее сечение. Наконец, впервые измерены сечения e+e- -> B-anti-B, B-anti-B* и B*-anti-B*, дающие важный вклад в полное сечение.
“Полученные данные содержат ряд сюрпризов. Сечения e+e- -> B-anti-B, B-anti-B* и B*-anti-B* имеют сложную энергетическую зависимость, что может дать важную информацию о волновых функциях упсилон-мезонов”. – рассказывает Роман Мизюк, научный сотрудник Международной лаборатории физики элементарных частиц НИУ ВШЭ.
Результаты проведенного исследования опубликованы в журнале Journal of High Energy Physics.
