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 — 52 и 32 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 π-р К-Х [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

avatar
3 Цепочка комментария
0 Ответы по цепочке
1 Подписки
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
1 Авторы комментариев
Владимир К Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
Уведомление о
Владимир К
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
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… Подробнее »

Владимир К
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.

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: