В ході експерименту belle дослідники вперше виміряли енергетичну залежність ексклюзивних реакцій народження b-мезонів. Нові дані дозволять з’ясувати природу групи екзотичних upsilon-мезонів, що мають маси в області енергій від 10.63 до 11.02 гігаелектронвольта. Результати роботи опубліковані в журналі journal of high energy physics. В експерименті belle брали участь понад 400 дослідників, включаючи співробітників міжнародної лабораторії фізики елементарних частинок вше.
Рис. 1. Кварки-елементарні частинки, з яких складаються складові частинки — баріони і мезони.кварки мають дробовий електричний заряд і діляться по парам на три покоління в порядку зростання маси: up і down, charm і strange, top і bottom.
Перший upsilon-мезон, що складається з b – і анти-b-кварків, був виявлений в 1977 році. Ця подія одночасно стала виявленням b-кварка, за що автори дослідження, американські вчені макс ледерман, мелвін шварц і джек стейнбергер, отримали нобелівську премію в 1988 році.
У 2008 році вчені вперше виявили, що стани upsilon-мезонів з високою енергією мають аномальні властивості. З’ясування причин цих несподіваних властивостей-одне з відкритих питань в адронній фізиці. Висновки теоретичних досліджень сходяться на тому, що всередині сильно збуджених upsilon-станів є додаткові ступені свободи: легкі кварк і антикварк або валентний глюон. Такі багаточастинні пов’язані стани називаються екзотичними адронами, до недавнього часу вони не були відомі. Для поділу різних моделей про структуру сильно збуджених upsilon-мезонів були потрібні додаткові експериментальні дані. Такі дані були набрані в експерименті belle в 2010 році і лягли в основу дослідження, опублікованого в журналі journal of high energy physics.
Детектор belle працював на електрон-позитронному колайдері kek-b в японії з 1999 по 2010 рік. Фізики з усього світу вивчали властивості b + і b0-мезонів, що складаються з важкого анти-b-кварка і одного легкого u – або d-кварка. Вчені виявили безліч рідкісних розпадів цих частинок, а також вивчили відмінності властивостей частинок і античастинок (b+ і b-, b0 і анти-b0), що дозволило наблизитися до розуміння механізмів виникнення асиметрії речовини і антиречовини в сучасному всесвіті.
При зіткненні електрона і позитрона народжується безліч частинок, які, в свою чергу, взаємодіють або розпадаються. Для того щоб зрозуміти, які реакції відбулися після зіткнення частинок, сучасні експерименти складаються з декількох «шарів» різних детекторів. У цих шарах відбувається реєстрація і вивчення певних частинок.
Рис. 2. Детектор belle (джерело: www.kek.jp)
Так, в експерименті belle використовувався кремнієвий детектор для визначення точки взаємодії, дрейфовий детектор — для відстеження заряджених частинок і лічильник на основі кристалів йодиду цезію — для реєстрації фотонів.
Аналіз даних сканування дав інформацію про енергетичну залежність перетинів цілого ряду реакцій. При цьому у формі перетину народження слабо збуджених upsilon-мезонів спільно з парою pi+pi – мезонів був виявлений новий важкий мезон upsilon(10750). Всі вивчені раніше реакції дають відносно невеликий внесок в сумарний перетин. Нарешті, зараз вперше виміряні перетину e + e–>b-анти-b, b-анти-b* і b* – анти-b*, що дають домінуючий внесок у повний перетин. Таким чином, вперше з’явилася повна сукупність даних про екзотичні upsilon-мезони, що дозволило кільком теоретичним групам почати роботу з пояснення вимірювань.
«отримані дані містять ряд несподіванок. Перерізи e + e–>b-анти-b, b-анти-b* і b* – анти-b* мають складну залежність від енергії, що може надати важливу інформацію про хвильові функції upsilon-мезонів. Можна очікувати, що в майбутньому спільний аналіз даних про енергетичну залежність перетинів дозволить з’ясувати питання структури сильно порушених upsilon-мезонів», — коментує один з авторів статті, провідний науковий співробітник міжнародної лабораторії фізики елементарних частинок вше роман мізюк.
