X(4140)

X(4140) <tr> <th>Семья</th> <td>Бозон</td> </tr><tr> <th>Группа</th> <td>Мезон</td> </tr><tr> <th>Участвует во взаимодействиях</th> <td>Гравитационное, сильное</td> </tr><tr> <th>Статус</th> <td>Гипотетическая</td> </tr><tr> <th>В честь кого или чего названа</th> <td>Своя масса</td><tr> <th>Масса</th> <td>4140 МэВ/c²</td> </tr><tr> <th>Каналы распада</th> <td>J/ψ и φ мезоны</td> </tr><tr> <th>Барионное число</th> <td>0</td> </tr>

X(4140) (бывшее название — Y(4140)) — ранее не предсказанная Стандартной моделью частица. Впервые наблюдалась в Фермилабе и об её открытии было объявлено 17 марта 2009 года. Название обусловлено тем, что масса открытой частицы составляет около 4140 МэВ/c². Эта частица является чрезвычайно редкой и обнаруживается только в 1 случае из 20 миллиардов столкновений.

Так как она распадается на J/ψ и φ мезоны, было высказано предположение, что эта частица состоит из очарованных кварков и очарованных антикварков, возможно, даже из сочетания четырёх кварков. Некоторое время существование частицы не подтверждалось данными других экспериментов (LHCb, Belle), однако, в ноябре 2012 года появилась информация о наблюдении частицы на БАК коллаборацией CMS.

Каналы распада

Предполагаемые каналы распада частицы X(4140):

<math>

\begin{matrix} X(4140) & & J/\psi & & \phi \\ ? & \rightarrow & c\bar c & + & s\bar s \\ 4140 MeV & & 3096.9 MeV & & 1019.4 MeV \end{matrix} </math>

История

Первоначально частицу назвали — Y(4140), позже, исследовательская группа Particle Data Group переименовала частицу Y(4140) в X(4140).

Первые намёки на существование этой частицы стали появляться в 2009 году в данных детектора CDF, работавшего на американском коллайдере Тэватрон. Изучая распады B-мезонов на три мезона — J/ψ, φ и K, физики заметили, что пара J/ψ и φ иногда рождалась скоррелированно — так, словно вначале появлялась некая новая частица, а затем, спустя некоторое время, она распадалась бы на J/ψ и φ. В 2011 году, после накопления новых данных и повышения статистической достоверности, сообщили уже о полноправном открытии этой частицы. Более того, в данных детектора CDF, была найдена и вторая частица в том же канале распада, но статистическая достоверность этих событий была меньше.

В феврале 2012 года появилась статья коллаборации LHCb, в которой описываются результаты поиска частицы X(4140) на статистике 0,37 фб⁻¹, не подтверждающая открытие. Была проанализирована цепочка распадов и не было обнаружено никакого особо скоррелированного рождения J/Ψ- и φ-мезонов. Данные LHCb вполне укладывались в фон и не подтверждали находку частицы на Тэватрона.

В ноябре 2012 года коллаборация CMS подтвердила наблюдение данной частицы со статистичекой значимостью более 5σ в канале распада

<math>B^{+} \to Y(4140) \,\, K^{+}</math>

<math>Y(4140) \to J / \psi \,\, \phi</math>

в ходе обработки статистики 5,2 фб⁻¹, полученной в результате протонных столкновений на энергии 7 ТэВ. При этом частица имеет массу 4148,2 ± 2,0 (статистическая ошибка) ± 4,6 (систематическая ошибка) МэВ/c². Также наблюдается более слабый пик с массой 4316,7 ± 3,0 (статистическая ошибка) ± 7,3 (систематическая ошибка) МэВ/c².

Процесс рождения и распада частицы X(4140) свидетельствует о том, что это мезон, но с необычными свойствами. Он должен содержать очарованную кварк-антикварковую пару, однако при такой большой массе (примерно 4143 МэВ/c²) он тогда должен был бы легко распадаться на D-мезоны. Но, оказалось, что X(4140) живёт намного дольше, и значит, что-то в его структуре мешает простому распаду на D-мезоны.

Свойства этой частицы очень заинтересовали физиков-теоретиков, поскольку именно так должны проявлять себя многокварковые адроны, которые среди элементарных частиц остаются экзотическими. Как устроены многокварковые адроны и почему они встречаются так редко — один из самых больших вопросов современной адронной физики. Специалисты надеются, что внимательное изучение характеристик этой и других подобных частиц на разных коллайдерах поможет найти на них ответы.

Проблематика X(4140)

Объяснения распада частицы X(4140) является серьезной проблемой для физиков. До сих пор (2013 г.) известно, что есть только два способа существования связанных состояний кварков: в кварк-антикварковых мезонах, и формирования системы, состоящей из трёх кварков при формировании барионов. Свойства частицы X(4140) не вписывается ни в одну из этих схем. Таким образом, неясно, что она представляет собой на самом деле. По этому поводу профессор Хакобо Кенигсберга из университета Флориды, один из участников эксперимента, проведённого на Тэватроне, говорит: „Пока мы не уверены, что это такое, но будьте уверены, что мы будем продолжать это изучать“.

Некоторые учёные полагают, что частица X(4140) может быть дополнением к уже известным барионам и мезонам, а также впервые выявленной „копией“ нового, доселе неизвестного семейства адронов (связанные состояния образуются из кварков и антикварков). На самом деле, в последние годы работы Тэватрона наблюдались аналогичные необычные характеристики распадов, но они обладали гораздо меньшей статистической достоверностью. Необычные распады частиц были обнаружены также в ускорителе KEK в Японии и SLAC в Калифорнии.

Участник эксперимента в KEK, японский профессор Масанори Ямаути указывает на сходство свойств частиц, выявленных в KEK, с массой покоя 3940 МэВ. Он предполагает, что эти две частицы могут представлять собой начало новой семьи экзотических адронов.

В связи с ограниченным количеством экспериментальных данных о структуре и свойствах частицы X(4140) сейчас (2013 г.) этот вопрос остаётся открытым. „Мы накапливаем наши знания по крупицам, и когда их будет достаточно, мы поймём, как собрать эту головоломку“, — говорит Роб Розер, сотрудник Фермилаб.

Литература

• Aaltonen, T.; et al. (2009). «Evidence for a Narrow Near-Threshold Structure in the J/ψφ Mass Spectrum B+ → J/ψφK+ Decays». Physical Review Letters 102: 242002. ArXiv [arxiv.org/abs/0903.2229 0903.2229] Bibcode [adsabs.harvard.edu/abs/2009PhRvL.102x2002A 2009PhRvL.102x2002A] ИЦО: [dx.doi.org/10.1103%2FPhysRevLett.102.242002 10.1103/PhysRevLett.102.242002]
• Xiang, Liu; Zhu, Shi-Lin (2009). «Y(4143) is probably a molecular partner of Y(3930)». Physical Review D 80: 017502. ArXiv: [arxiv.org/abs/0903.2529 0903.2529] . Bibcode [adsabs.harvard.edu/abs/2009PhRvD..80a7502L 2009PhRvD..80a7502L] . ИЦО: [dx.doi.org/10.1103%2FPhysRevD.80.017502 10.1103/PhysRevD.80.017502]
• Mahajan, Namit (2009). «Y(4140): Possible options». Physics Letters B 679 (3): 228—230. ArXiv: [arxiv.org/abs/0903.3107 0903.3107] Bibcode [adsabs.harvard.edu/abs/2009PhLB..679..228M 2009PhLB..679..228M]. ИЦО: [dx.doi.org/10.1016%2Fj.physletb.2009.07.043 10.1016/j.physletb.2009.07.043]

Ссылки

• [www.redorbit.com/news/science/1657139/oddball_particle_surprises_physicists_at_fermilab/ «Oddball Particle Surprises Physicists at Fermilab».] redOrbit. 19 марта
• Handwerk, Brian (20 марта 2009 года). [news.nationalgeographic.com/news/2009/03/090320-new-particle.html «Strange Particle Created; May Rewrite How Matter’s Made»] Национальное географическое общество
• Minard, Anne (18 марта 2009 года). [www.universetoday.com/27394/new-particle-throws-monkeywrench-in-particle-physics/ «New Particle Throws Monkeywrench in Particle Physics»] Universe Today
• Shen et al., C. P. (2010). «Evidence for a New Resonance and Search for the Y(4140) in the γγ→ϕJ/ψ Process». Physical Review Letters 104. 112 004 ArXiv [en..org/wiki/Y(4140) 0903.2529] Bibcode [adsabs.harvard.edu/abs/2010PhRvL.104k2004S 2010PhRvL.104k2004S] ИЦО: [dx.doi.org/10.1103%2FPhysRevLett.104.112004 10.1103/PhysRevLett.104.112004]
• Kurt Riesselmann [www.symmetrymagazine.org/breaking/2009/03/18/particle-oddball-surprises-physicists/ Particle oddball surprises physicists]
• [www.fnal.gov/pub/presspass/press_releases/Y-particle-20090318-images.html Пресс-релиз комплекта для Y (4140).] Содержит изображения предполагаемого процесса распада и данные по резонансу.

Отрывок, характеризующий X(4140)

После поступления Пети в полк казаков Оболенского и отъезда его в Белую Церковь, где формировался этот полк, на графиню нашел страх. Мысль о том, что оба ее сына находятся на войне, что оба они ушли из под ее крыла, что нынче или завтра каждый из них, а может быть, и оба вместе, как три сына одной ее знакомой, могут быть убиты, в первый раз теперь, в это лето, с жестокой ясностью пришла ей в голову. Она пыталась вытребовать к себе Николая, хотела сама ехать к Пете, определить его куда нибудь в Петербурге, но и то и другое оказывалось невозможным. Петя не мог быть возвращен иначе, как вместе с полком или посредством перевода в другой действующий полк. Николай находился где то в армии и после своего последнего письма, в котором подробно описывал свою встречу с княжной Марьей, не давал о себе слуха. Графиня не спала ночей и, когда засыпала, видела во сне убитых сыновей. После многих советов и переговоров граф придумал наконец средство для успокоения графини. Он перевел Петю из полка Оболенского в полк Безухова, который формировался под Москвою. Хотя Петя и оставался в военной службе, но при этом переводе графиня имела утешенье видеть хотя одного сына у себя под крылышком и надеялась устроить своего Петю так, чтобы больше не выпускать его и записывать всегда в такие места службы, где бы он никак не мог попасть в сражение. Пока один Nicolas был в опасности, графине казалось (и она даже каялась в этом), что она любит старшего больше всех остальных детей; но когда меньшой, шалун, дурно учившийся, все ломавший в доме и всем надоевший Петя, этот курносый Петя, с своими веселыми черными глазами, свежим румянцем и чуть пробивающимся пушком на щеках, попал туда, к этим большим, страшным, жестоким мужчинам, которые там что то сражаются и что то в этом находят радостного, – тогда матери показалось, что его то она любила больше, гораздо больше всех своих детей. Чем ближе подходило то время, когда должен был вернуться в Москву ожидаемый Петя, тем более увеличивалось беспокойство графини. Она думала уже, что никогда не дождется этого счастия. Присутствие не только Сони, но и любимой Наташи, даже мужа, раздражало графиню. «Что мне за дело до них, мне никого не нужно, кроме Пети!» – думала она.
В последних числах августа Ростовы получили второе письмо от Николая. Он писал из Воронежской губернии, куда он был послан за лошадьми. Письмо это не успокоило графиню. Зная одного сына вне опасности, она еще сильнее стала тревожиться за Петю.
Несмотря на то, что уже с 20 го числа августа почти все знакомые Ростовых повыехали из Москвы, несмотря на то, что все уговаривали графиню уезжать как можно скорее, она ничего не хотела слышать об отъезде до тех пор, пока не вернется ее сокровище, обожаемый Петя. 28 августа приехал Петя. Болезненно страстная нежность, с которою мать встретила его, не понравилась шестнадцатилетнему офицеру. Несмотря на то, что мать скрыла от него свое намеренье не выпускать его теперь из под своего крылышка, Петя понял ее замыслы и, инстинктивно боясь того, чтобы с матерью не разнежничаться, не обабиться (так он думал сам с собой), он холодно обошелся с ней, избегал ее и во время своего пребывания в Москве исключительно держался общества Наташи, к которой он всегда имел особенную, почти влюбленную братскую нежность.
По обычной беспечности графа, 28 августа ничто еще не было готово для отъезда, и ожидаемые из рязанской и московской деревень подводы для подъема из дома всего имущества пришли только 30 го.
С 28 по 31 августа вся Москва была в хлопотах и движении. Каждый день в Дорогомиловскую заставу ввозили и развозили по Москве тысячи раненых в Бородинском сражении, и тысячи подвод, с жителями и имуществом, выезжали в другие заставы. Несмотря на афишки Растопчина, или независимо от них, или вследствие их, самые противоречащие и странные новости передавались по городу. Кто говорил о том, что не велено никому выезжать; кто, напротив, рассказывал, что подняли все иконы из церквей и что всех высылают насильно; кто говорил, что было еще сраженье после Бородинского, в котором разбиты французы; кто говорил, напротив, что все русское войско уничтожено; кто говорил о московском ополчении, которое пойдет с духовенством впереди на Три Горы; кто потихоньку рассказывал, что Августину не ведено выезжать, что пойманы изменники, что мужики бунтуют и грабят тех, кто выезжает, и т. п., и т. п. Но это только говорили, а в сущности, и те, которые ехали, и те, которые оставались (несмотря на то, что еще не было совета в Филях, на котором решено было оставить Москву), – все чувствовали, хотя и не выказывали этого, что Москва непременно сдана будет и что надо как можно скорее убираться самим и спасать свое имущество. Чувствовалось, что все вдруг должно разорваться и измениться, но до 1 го числа ничто еще не изменялось. Как преступник, которого ведут на казнь, знает, что вот вот он должен погибнуть, но все еще приглядывается вокруг себя и поправляет дурно надетую шапку, так и Москва невольно продолжала свою обычную жизнь, хотя знала, что близко то время погибели, когда разорвутся все те условные отношения жизни, которым привыкли покоряться.
В продолжение этих трех дней, предшествовавших пленению Москвы, все семейство Ростовых находилось в различных житейских хлопотах. Глава семейства, граф Илья Андреич, беспрестанно ездил по городу, собирая со всех сторон ходившие слухи, и дома делал общие поверхностные и торопливые распоряжения о приготовлениях к отъезду.
Графиня следила за уборкой вещей, всем была недовольна и ходила за беспрестанно убегавшим от нее Петей, ревнуя его к Наташе, с которой он проводил все время. Соня одна распоряжалась практической стороной дела: укладываньем вещей. Но Соня была особенно грустна и молчалива все это последнее время. Письмо Nicolas, в котором он упоминал о княжне Марье, вызвало в ее присутствии радостные рассуждения графини о том, как во встрече княжны Марьи с Nicolas она видела промысл божий.
– Я никогда не радовалась тогда, – сказала графиня, – когда Болконский был женихом Наташи, а я всегда желала, и у меня есть предчувствие, что Николинька женится на княжне. И как бы это хорошо было!
Соня чувствовала, что это была правда, что единственная возможность поправления дел Ростовых была женитьба на богатой и что княжна была хорошая партия. Но ей было это очень горько. Несмотря на свое горе или, может быть, именно вследствие своего горя, она на себя взяла все трудные заботы распоряжений об уборке и укладке вещей и целые дни была занята. Граф и графиня обращались к ней, когда им что нибудь нужно было приказывать. Петя и Наташа, напротив, не только не помогали родителям, но большею частью всем в доме надоедали и мешали. И целый день почти слышны были в доме их беготня, крики и беспричинный хохот. Они смеялись и радовались вовсе не оттого, что была причина их смеху; но им на душе было радостно и весело, и потому все, что ни случалось, было для них причиной радости и смеха. Пете было весело оттого, что, уехав из дома мальчиком, он вернулся (как ему говорили все) молодцом мужчиной; весело было оттого, что он дома, оттого, что он из Белой Церкви, где не скоро была надежда попасть в сраженье, попал в Москву, где на днях будут драться; и главное, весело оттого, что Наташа, настроению духа которой он всегда покорялся, была весела. Наташа же была весела потому, что она слишком долго была грустна, и теперь ничто не напоминало ей причину ее грусти, и она была здорова. Еще она была весела потому, что был человек, который ею восхищался (восхищение других была та мазь колес, которая была необходима для того, чтоб ее машина совершенно свободно двигалась), и Петя восхищался ею. Главное же, веселы они были потому, что война была под Москвой, что будут сражаться у заставы, что раздают оружие, что все бегут, уезжают куда то, что вообще происходит что то необычайное, что всегда радостно для человека, в особенности для молодого.


31 го августа, в субботу, в доме Ростовых все казалось перевернутым вверх дном. Все двери были растворены, вся мебель вынесена или переставлена, зеркала, картины сняты. В комнатах стояли сундуки, валялось сено, оберточная бумага и веревки. Мужики и дворовые, выносившие вещи, тяжелыми шагами ходили по паркету. На дворе теснились мужицкие телеги, некоторые уже уложенные верхом и увязанные, некоторые еще пустые.
Голоса и шаги огромной дворни и приехавших с подводами мужиков звучали, перекликиваясь, на дворе и в доме. Граф с утра выехал куда то. Графиня, у которой разболелась голова от суеты и шума, лежала в новой диванной с уксусными повязками на голове. Пети не было дома (он пошел к товарищу, с которым намеревался из ополченцев перейти в действующую армию). Соня присутствовала в зале при укладке хрусталя и фарфора. Наташа сидела в своей разоренной комнате на полу, между разбросанными платьями, лентами, шарфами, и, неподвижно глядя на пол, держала в руках старое бальное платье, то самое (уже старое по моде) платье, в котором она в первый раз была на петербургском бале.