X(4140)

X(4140) (tidigare känd som Y(4140) ) är en partikel som inte tidigare förutspåtts av standardmodellen . Den observerades först vid Fermilab och upptäckten tillkännagavs den 17 mars 2009 . Namnet kommer från det faktum att massan av den upptäckta partikeln är cirka 4140 MeV / c² . Denna partikel är extremt sällsynt och finns bara i 1 av 20 miljarder kollisioner [2] .

Eftersom den sönderfaller till J/ψ och φ mesoner har det föreslagits att denna partikel består av charmade kvarkar och charmade antikvarkar, kanske till och med en kombination av fyra kvarkar [3] . Under en tid bekräftades inte partikelns existens av data från andra experiment ( LHCb [4] , Belle[5] ), men i november 2012 dök information upp om observationen av en partikel vid LHC av CMS- samarbetet [6] .

Decay-kanaler

Föreslagna sönderfallskanaler för X(4140)-partikeln:

Historik

Ursprungligen hette partikeln - Y (4140), senare forskargruppen för Particle Data Groupomdöpt till partikel Y(4140) till X(4140).

De första antydningarna om förekomsten av denna partikel började dyka upp 2009 i data från CDF- detektorn . , som arbetade på den amerikanska kollideraren Tevatron . Genom att studera sönderfallet av B-mesoner till tre mesoner  - J / ψ , φ och K , märkte fysiker att paret J / ψ och φ ibland föddes på ett korrelerat  sätt - som om någon ny partikel dök upp först, och sedan, efter en medan den skulle avta på J/ψ och φ. År 2011, efter ackumuleringen av nya data och ökningen av statistisk tillförlitlighet, rapporterades redan den fullständiga upptäckten av denna partikel. I CDF-detektorns data hittades dessutom en andra partikel i samma sönderfallskanal, men den statistiska signifikansen för dessa händelser var mindre.

I februari 2012 publicerades en artikel från LHCb- samarbetet , som beskriver resultaten av sökningen efter X(4140)-partikeln vid statistiken 0,37 f b −1 , vilket inte bekräftar upptäckten [4] . Nedbrytningskedjan analyserades och ingen särskilt korrelerad produktion av J/Ψ- och φ-mesoner hittades. LHCb-data passade väl in i bakgrunden och bekräftade inte fyndet av partikeln vid Tevatron .

I november 2012 bekräftade CMS- samarbetet observationen av denna partikel med en statistisk signifikans större än 5σ i sönderfallskanalen

under bearbetningen av 5,2 fb −1 -statistiken som erhålls som ett resultat av protonkollisioner vid en energi av 7 TeV. I detta fall har partikeln en massa på 4148,2 ± 2,0 (statistiskt fel) ± 4,6 (systematiskt fel) MeV/ c2 . En svagare topp med en massa på 4316,7 ± 3,0 (statistiskt fel) ± 7,3 (systematiskt fel) MeV/c 2 [6] [7] observeras också .

Processen för födelse och sönderfall av X(4140)-partikeln indikerar att det är en meson, men med ovanliga egenskaper. Den borde innehålla ett charmat kvark-antikvarkpar , men med en så stor massa (ca 4143 MeV/c²) skulle det sedan lätt förfalla till D mesoner . Men det visade sig att X(4140) lever mycket längre, vilket gör att något i dess struktur förhindrar ett enkelt förfall till D-mesoner.

Egenskaperna hos denna partikel är av stort intresse för teoretiska fysiker , eftersom det är så multiquark hadroner , som förblir exotiska bland elementarpartiklar, bör manifestera sig . Hur multiquark hadroner fungerar och varför de är så sällsynta är en av de största frågorna inom modern hadronfysik . Experter hoppas att en noggrann studie av egenskaperna hos denna och andra liknande partiklar vid olika kolliderar kommer att hjälpa till att hitta svar på dem.

Problem X(4140)

Att förklara sönderfallet av X(4140)-partikeln är ett allvarligt problem för fysiker. Fram till nu (2013) är det känt att det bara finns två sätt att existera för bundna tillstånd av kvarkar : i kvarka-antikvark- mesoner och bildandet av ett system bestående av tre kvarkar under bildandet av baryoner . Egenskaperna för X(4140)-partikeln passar inte in i något av dessa scheman. Det är alltså inte klart vad det egentligen är. Vid detta tillfälle säger professor Jacobo Koenigsberga från University of Florida , en av deltagarna i experimentet som genomfördes vid Tevatron : "Vi är inte säkra ännu vad det är, men var säkra på att vi kommer att fortsätta att studera det . "

Vissa forskare tror att X(4140)-partikeln kan vara ett tillägg till de redan kända baryonerna och mesonerna, såväl som den första identifierade "kopian" av en ny, hittills okänd familj av hadroner (bundna tillstånd bildas av kvarkar och antikvarkar) . Faktum är att liknande ovanliga sönderfallsmönster har observerats under de senaste åren vid Tevatron, men med mycket mindre statistisk signifikans. Ovanliga partikelsönderfall har också upptäckts vid KEK- acceleratorn i Japan och SLAC i Kalifornien.

En deltagare i experimentet vid KEK, den japanske professorn Masanori Yamauchi, påpekar likheten mellan egenskaperna hos partiklar som upptäckts vid KEK med en vilomassa på 3940 MeV. Han föreslår att dessa två partiklar kan representera början på en ny familj av exotiska hadroner.

På grund av den begränsade mängden experimentella data om strukturen och egenskaperna hos X(4140) -partikeln förblir denna fråga öppen nu (2013). "Vi bygger upp vår kunskap bit för bit, och när vi har tillräckligt kommer vi att förstå hur vi ska lägga det här pusslet ", säger Rob Roser, anställd på Fermilab [2] .

Anteckningar

1. ↑ Den fantastiska världen inuti atomkärnan. Frågor efter föreläsningen Arkiverad 15 juli 2015 på Wayback Machine , FIAN, 11 september 2007
2. ↑ 1 2 Konstig partikel skapad; May Rewrite How Matter's Made . Hämtad 5 juli 2012. Arkiverad från originalet 15 oktober 2012. (obestämd)
3. ↑ Ny partikel kastar Monkeywrench i partikelfysik Arkiverad 25 juni 2012 på Wayback Machine // universetoday.com
4. ↑ 1 2 LHCb-detektorn bekräftar inte existensen av partikeln som tidigare hittats i Tevatron Archived 29 oktober 2012.
5. ↑ symmetribrytande "Bloggarkiv" Partikeludda överraskar fysiker . Hämtad 6 juli 2012. Arkiverad 18 juli 2012. (obestämd)
6. ↑ 1 2 Ny partikelliknande struktur bekräftad vid LHC | symmetrimagasin . Hämtad 18 november 2012. Arkiverad från originalet 21 november 2012. (obestämd)
7. ↑ PhysicsResultsBPH11026 < CMSPublic < TWiki . Hämtad 19 november 2012. Arkiverad från originalet 24 oktober 2017. (obestämd)

Litteratur

• Aaltonen, T.; et al. (2009). "Bevis för en smal nära-tröskelstruktur i J/ψφ masspektrum B+ → J/ψφK+ sönderfall". Physical Review Letters 102: 242002. ArXiv 0903.2229 Bibcode 2009PhRvL.102x2002A PCR : 10.1103/PhysRevLett.102.242002
• Xiang, Liu; Zhu, Shi-Lin (2009). "Y(4143) är förmodligen en molekylär partner till Y(3930)". Fysisk granskning D 80: 017502. ArXiv: 0903.2529 . Bibcode 2009PhRvD..80a7502L . ICO: 10.1103/PhysRevD.80.017502
• Mahajan, Namit (2009). Y(4140): Möjliga alternativ. Physics Letters B 679(3): 228-230. ArXiv: 0903.3107 Bibcode 2009PhLB..679..228M . ICO: 10.1016/j.physletb.2009.07.043

Länkar

• "Oddball partikel överraskar fysiker på Fermilab". redOrbit. 19 mars
• Handwerk, Brian (20 mars 2009). Konstig partikel skapad; May Rewrite How Matter's Made National Geographic Society
• Minard, Anne (18 mars 2009). "Ny partikel kastar Monkeywrench i partikelfysik" universum idag
• Shen et al., CP (2010). "Bevis för en ny resonans och sökning efter Y(4140) i γγ→ϕJ/ψ-processen". Physical Review Letters 104. 112 004 ArXiv Bibcode 2010PhRvL.104k2004S PCR : 10.1103/PhysRevLett.104.112004
• Kurt Riesselmann Particle oddball överraskar fysiker
• Pressmeddelandesats för Y (4140). Innehåller bilder av den föreslagna sönderfallsprocessen och resonansdata.