Новая мода распада очарованного B-мезона

2025-03-11 11:03:39 home.cern">home.cern

Недавно коллаборация LHCb сообщила о первом наблюдении распада $$B_{c}^{+}$$ -мезона (состоящего из пары двух тяжелых кварков, $$b$$ и $$c$$ , точнее из пары кварк-антикварк: $$B_{c}^{+}=c\overline b$$ ) на мезон $$J/\psi$$ (связанное состояние очарованных кварка и антикварка) и пару пионов, $$\pi^{+}\pi^{0}$$ . В процессе распада наблюдался вклад промежуточной частицы, $$\rho^{+}$$ -мезона, образующегося на короткое мгновение, а затем распадающегося на пару $$\pi^{+}\pi^{0}$$ .

$$B_{c}^{+}$$ - самый тяжелый мезон, который может распадаться только за счет слабых сил через распад одного тяжелого конституэнтного кварка. Распады $$B_{c}^{+}$$ на нечетное число легких адронов и $$J/\psi$$ -мезон (или другие связанные состояния очарованных кварка и антикварка, называемые "чармонием") интенсивно изучались ранее и оказались в хорошем согласии с теоретическими ожиданиями. Распад $$B_{c}^{+}$$ на пару $$J/\psi$$ и $$\pi^{+}\pi^{0}$$ является простейшим распадом на чармоний и четное число легких адронов. Он никогда ранее не наблюдался, главным образом потому, что точная реконструкция низкоэнергетического $$\pi^{0}$$ -мезона через его распад на пару фотонов очень сложна в условиях протон-протонных столкновений на LHC.

Точное измерение характеристик распада $$B_{c}^{+}\rightarrow J/\psi\pi^{+}\pi^{0}$$ позволит лучше понять его возможный вклад в качестве фонового источника для изучения других распадов $$B_{c}$$ -мезонов, а также редких распадов $$B_{c}^{0}$$ -мезона. С теоретической точки зрения, распады $$B_{c}$$ -мезонов на $$J/\psi$$ и четное число пионов тесно связаны с распадами $$\tau$$ -лептона на четное число пионов, а также с аннигиляцией $$e^{+}e^{-}$$ на четное число пионов. Точные измерения аннигиляции $$e^{+}e^{-}$$ на два пиона в области масс $$\rho$$ -мезона (как в распаде $$B_{c}$$ , рассматриваемом здесь) имеют решающее значение для интерпретации результатов $$g-2$$ -эксперимента Фермилаб по измерению аномального магнитного дипольного момента мюона, поскольку низкоэнергетическая аннигиляция $$e^{+}e^{-}$$ в адроны является важным источником неопределенности измерений $$g-2$$ .

Отношение вероятности нового распада к вероятности распада $$B_{c}^{+}$$ на $$J/\psi\pi^{+}$$ было рассчитано различными теоретиками за последние 30 лет. Теперь эти предсказания наконец-то можно сравнить с экспериментальным измерением: большинство предсказаний согласуется с новым результатом, полученным на LHCb ( $$2.80\pm 0.15\pm 0.11\pm 0.16$$ ).

Большое количество $$b$$ -кварков, образующихся в столкновениях на LHC, и хороший детектор позволяют LHCb детально изучить образование, распады и другие свойства $$B_{c}^{+}$$ -мезона. С момента открытия этого мезона экспериментом CDF на коллайдере Теватрон было обнаружено 18 новых распадов $$B_{c}^{+}$$ (с более чем пятью стандартными отклонениями), и все они были получены на LHCb.

Подробнее читайте в статье.