Продолжение пентакварковой драмы

Владимир Копелиович, вед. науч. сотр. Института ядерных исследований РАН

Владимир Копелиович, вед. науч. сотр. Института ядерных исследований РАН

В драме с участием пентакварков появилась новая глава. Коллаборация LHCb объявила о вероятном наблюдении пентакварков Pc со скрытым очарованием и кварковым составом cuud (пара очарованных кварка и антикварка, два u-кварка и один d-кварк), которые возникают в распаде нейтрального бариона Λ0b → PcK [1].

Распад этого «прелестного» бариона, имеющего массу около 5620 МэВ, происходит за счет слабого взаимодействия (то есть происходит обмен виртуальным W-бозоном) преимущественно в два типа конечных состояний, J/ψ Λ* (где Λ* — барионный резонанс со странностью -1) и состояние, содержащее пентакварк Pc и K -мезон. Пентакварк Pc распадается за счет сильного взаимодействия на протон и мезон J/ψ (чармоний, векторный мезон с массой 3097 МэВ). Важное утверждение авторов состоит в том, что для описания данных необходимо включение канала распада Λ0b на пентакварк Pc и K-мезон.

Наблюдение пентакварка с массой 4450 МэВ и шириной около 40 МэВ кажется более достоверным (12 стандартных отклонений); наблюдение более легкого пентакварка с массой около 4380 МэВ (ширина порядка 200 МэВ) — менее достоверно (9 стандартных отклонений). Вероятные значения спинов этих пентакварков — 5/2 и 3/2 соответственно; четности, по-видимому, противоположны (возможны варианты).

Напомню, что пентакварк — это барион, состоящий из трех кварков и пары кварк-антикварк — отсюда его название. Следует отметить, что существование пентакварков не запрещено никакими фундаментальными принципами, и их достоверное (!) наблюдение существенно обогатило бы наши представления о структуре адронов. Пентакварки естественным образом возникают не только в рамках собственно кварковых моделей, но и, например, в рамках топологических (киральных) солитонных моделей (в модели Скирма и ее обобщениях), что обсуждается еще с 1985 года [2]. В таких моделях барионное число состояния отождествляется с топологическим числом, которое характеризует конфигурацию киральных (мезонных) полей. Важнейший вопрос — энергия (масса покоя) этих состояний.

Драматические события разыгрались вокруг пентакварка с положительной странностью (стоит заметить, что барион с положительной странностью может быть только пентакварком, так как должен содержать странный антикварк; странный кварк имеет значение квантового числа странности S = –1). Относительно легкий пентакварк с S = +1 был предсказан в работе 1997 года Д. Дьяконова, В. Петрова и М. Полякова, получившей широкую известность [3]. Однако эта работа имела ряд недостатков, критиковалась в литературе, и поэтому предсказание такого пентакварка с относительно небольшой массой, около 1540 МэВ, вовсе не было строгим. Ажиотаж возник, когда в двух экспериментах, выполненных в Японии (коллаборация LEPS, лидер — Т. Накано) и в России (ИТЭФ, Москва, лидер — А. Долголенко) в 2003–2004 годах был обнаружен пентакварк с положительной странностью и массой около 1540 МэВ, в близком соответствии с предсказанием ДПП. В общей сложности более десяти различных экспериментов наблюдали такой относительно легкий пентакварк в течение последующих 2–3 лет, причем достоверность наблюдения в некоторых экспериментах достигала 6 стандартных отклонений. Было также объявлено о наблюдении пентакварка со странностью –2 (коллаборация NA49, CERN) и очарованного пентакварка (что не было подтверждено).

Спустя некоторое время экспериментальная ситуация с наблюдением пентакварка со странностью +1 стала меняться в противоположную сторону. В ряде экспериментов существование этого пентакварка не было подтверждено, иногда в прямом противоречии с прежними наблюдениями. Например, пентакварк не был обнаружен в Японии на той же установке, где его впервые наблюдали. Почему так произошло — до сих пор не вполне ясно. По-видимому, сыграл свою роль пресловутый человеческий (психологический) фактор. Так или иначе, интерес к этой теме угас.

И вот сейчас в этой драме возникла новая страница, причем с пентакварками, имеющими тяжелый флейвор — очарование, или чарм. По утверждению авторов, наблюдение более тяжелого пентакварка прошло кроссинг-проверку и вполне достоверно.

Замечу в заключение, что наблюдение явно экзотического барионного состояния, например, со странностью или прелестью +1, или очарованием -1 (следует напомнить, что в соответствии с соотношениями Гелл-Манна — Нишиджимы очарованный кварк имеет значение квантового числа очарования, или чарма, C = +1, прелестный кварк имеет значение прелести или бьютм B = -1), имело бы преимущество по сравнению с наблюдением криптоэкзотических (то есть скрыто, «зашифрованно» экзотических [4]) состояний, какими являются наблюдаемые коллаборацией LHCb состояния со скрытым очарованием. Интерпретация таких состояний требует все-таки определенных предположений о динамике всего процесса, в частности, предполагается, что справедливо так называемое правило Цвейга, согласно которому рождение пары кварк-антикварк в реакциях сильного взаимодействия подавлено по сравнению с реакциями, в которых такая пара уже присутствует в начальном состоянии.

Будем ждать продолжения этой драмы.

Фото ИЯИ РАН

1. Observation of J/ψ p resonances consistent with pentaquark states in Λ0b→ J/ψ K p decays. LHCb Collaboration (Roel Aaij (CERN) et al.) — e-Print: arXiv:1507.03414 [hep-ex].

2. Биденхарн, Дотан, 1985; Прасжалович М., 1987; Валлизер Г., 1992; Копелиович В., 1990. См. также УФН 174 (2004) 323, где дан краткий обзор ситуации с пентакварками на то время.

3. Cм. Петров В. В поисках пентакварка // ТрВ-Наука, № 125 от 26 марта 2013 года.

4. Есть два типа экзотических состояний: manifestly exotic — явно экзотические, по внешним квантовым числам, и cryptoexotic — криптоэкзотические (экзотические по своему составу).

Поправка к статье «Продолжение пентакварковой драмы» В. Копелиовича

В Японии существование легкого пентакварка с положительной странностью ϴ+ не было подтверждено в реакции взаимодействия положительных каонов с протонами на протонном синхротроне KEK-PS [Search for Theta+ via K+ p → pi+ X reaction with a 1.2-GeV/c K+ beam. arXiv:0712.3839 [nucl-ex]; Phys.Rev. C77 (2008) 045203], и позднее в реакции πр КХ [High-resolution search for the ϴ+ pentaquark via a pion-induced reaction at J-PARC. E19 collaboration, arXiv:1407.0669 [nucl-ex]; Phys.Rev. C90 (2014) 3, 035205].

Коллаборация LEPS (Laser-Electron Photon facility at SPring-8), объявившая о наблюдении пентакварка ϴ+(1540) в 2003 г. в реакции фоторождения на углероде, подтвердила его существование в 2008 г. в реакции фоторождения на дейтроне, на уровне достоверности 5.1σ [Evidence of the ϴ+ in the γd → K+K-pn reaction. arxiv:0812.1035 [nucl-ex]; Phys.Rev. C79 (2009) 025210]. Автор признателен А. Долголенко и М. Полякову, обратившим внимание на ошибку при упоминании этих данных в статье.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

3 комментария

  • Владимир К:

    Можно грубо оценить массы пентакварков со скрытой прелестью P_b, аналогов открытых пентакварков P_c со скрытым очарованием, таким образом:

    M (P_b) = M (P_c) + M (\Upsilon) — M (J\\psi),

    где

    M (\Upsilon) = 9460 MeV — масса легчайшего боттмония,

    M (J/\psi) = 3097 MeV — масса чармония. Отсюда получим

    M (P_b) = 10743 MeV — масса более легкого бьюти-пентакварка,

    M (P_b) = 10813 MeV — масса более тяжелого бьюти-пентакварка.

    Предполагается, что чармоний и боттомоний играют примерно одинаковую роль в формировании пентакварков со скрытым тяжелым флейвором. Интересно, удастся ли, и когда, проверить эти соотношения.

  • Владимир К:

    Как сообщил в ответ на мои вопросы Шелдон Стоун, лидер эксперимента [1],

    коллаборация LHCb намерена изучать другие моды распада пентакварков. Распад P_c \to J/\psi p удобен для экспериментального изучения, поскольку димюонный триггер

    от распада J/\psi \to \mu^+\mu^- очень эффективен. Но может быть, что распад

    P_c \to J/\psi p не является основным.

    Более вероятными могут быть распады P_c \to \bar D^0 + \Lambda_c^+,

    или P_c \to \bar D^0 \Sigma_c^+, и P_c \to D^- \Sigma_c^{++},

    причем в этих распадах тоже должны наблюдаться брейт-вигнеровские резонансы при тех же массах и с теми же ширинами, которые наблюдались в эксперименте [1]. Поскольку для таких вариантов распада в конечном состоянии имеются две очарованные частицы,

    эффективность регистрации невелика по сравнению с изученным в [1] вариантом.

    Поэтому не ожидается большого количества таких событий в уже полученных данных. Но

    после усовершенствования (upgrade) LHCb можно ожидать новых результатов.

  • Владимир К:

    Недавно в базе данных INSPIRE опубликованы результаты поиска пентакварка с положительной странностью, который предсказывали ДПП:

    M.Naruki for the J-PARC E19 Collaboration.

    Search for Pentaquark Theta+ in Hadronic Reaction at J-PARC.

    e-Print: arXiv:1602.03951 [nucl-ex].

    Пентакварк не был обнаружен в спектре недостающей массы в интервале примерно (1.44 — 1.58) GeV/c^2 в реакции \pi^- p \to K^- X с импульсом падающих пи-мезонов (1.9 — 2.1) GeV/c. Ограничение на ширину — около 2 MeV.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com