БАРИОННЫЕ РАСПАДЫ B-МЕЗОНОВ С J/ψ В КОНЕЧНОМ СОСТОЯНИИ Текст научной статьи по специальности «Прочие медицинские науки»

УДК 539.126

БАРИОННЫЕ РАСПАДЫ b-МЕЗОНОВ С J/ф В КОНЕЧНОМ СОСТОЯНИИ

А. А. Нигамова1, Р. Н. Чистов1'2

Данная работа посвящена экспериментальной ситуации в области барионных распадов b-мезонов. Обсуждены основные свойства данных распадов и теоретические модели, объясняющие данные свойства. Особенно отмечены барионные распады b-мезонов с J/ф в конечном состоянии, позволяющие проводить поиски экзотических резонансных состояний в системе J/ф + барион.

Ключевые слова: распады b-мезонов, распады прелестных мезонов.

1. Введение. В Стандартной Модели барионы могут рождаться только парами барион-антибарион (BB). Таким образом, для многих мезонов кинематически невозможно распадаться в конечное состояние BB из-за недостаточной массы. Однако из-за своей большой массы все b-мезоны могут распадаться в барионное конечное состояние. В процессе изучения данных распадов были обнаружены их уникальные свойства. Первые экспериментальные данные по барионным распадам b-мезонов были получены коллаборациями CLEO [1] и ARGUS [2]. Затем большую роль в уточнении результатов CLEO и ARGUS, а также получении новых сыграли коллаборации Belle и BaBar. В данной работе будут обсуждены основные свойства барионных распадов b-мезонов. Особое внимание будет уделено барионным распадам с J/ф в конечном состоянии, так как эти распады интересны с точки зрения спектроскопии экзотических резонансов.

2. Особые свойства барионных распадов и их объяснение. В данном разделе будут перечислены и объяснены экспериментально обнаруженные свойства барионных распадов b-мезонов.

2.1 Пороговое усиление. Усиление в распределении по инвариантной массе пары барион-антибарион было обнаружено для барионных распадов с различной множественностью [5]. Это явление объясняется следующими механизмами. Для начала рассмотрим двухчастичные распады. Чтобы образовать пару BB в конечном состоянии,

1 НИЯУ МИФИ, 115409 Россия, Москва, Каширское шоссе, 31; e-mail: aliya.nigamova@cern.ch.

2 ФИАН, 119991 Россия, Москва, Ленинский пр-т, 53.

as

нужно испустить два глюона, однако такой процесс подавлен как —, откуда следует,

q

что испускание энергичных глюонов подавлено. В случае трехчастичных распадов вида b-мезон ^ BB + мезон кварки испускаются в узком пучке и в обратном направлении относительно направления мезона, в этом случае глюоны, испускаемые кварками, не должны быть энергичными. Однако то, что глюоны испускаются в узком пучке, резуль-тируется в малых значениях инвариантной массы M(BB). Поэтому события группируются в области малых инвариантных масс. Оказавшись на малом расстоянии, кварки сильно взаимодействуют. Именно этим объясняется форма порогового усиления [3].

2.2 Иерархия вероятности распада в зависимости от его множественности. Оказалось, что распады с большей множественностью происходят чаще, чем подобные распады с меньшей множественностью [5]. Данное явление было обнаружено, например, в следующих распадах:

B(B- ^ ppn-) » B(B0 ^ pp), B(B- ^ Л^п-) » B(B0 ^ Л^), B (B0 ^ Л+рп-п+) » B(B0 ^ Л+pn0) » B(B0 ^ Л+p).

Явление иерархии является прямым следствием явления порогового усиления [5]. Так как в результате явления порогового усиления события стремятся группироваться в области малых инвариатных масс, область массы b-мезона остается обедненной в случае двухчастичного распада. Если же в конечном состоянии присутствует дополнительно мезон, то он уносит энергию, распад становится менее подавленым. Подобные рассуждения также справедливы для распадов с большей множественностью. Кроме этого, распады с большой множественостью насыщаются промежуточными резонансами.

3. Особая роль барионных распадов с J/ф мезоном в конечном состоянии. Барионные распады с J/ф мезоном в конечном состоянии позволяют изучать систему J/ф + барион, внимание на которую обратила коллаборация LHCb, опубликовав в 2015 году статью об обнаружении двух кандидатов в пентакварки Pc+(4380) и Pc+(4450) в инвариантной массе J/фp в распаде Ль ^ J/фт^- [4].

Первый барионный распад b-мезона с J/ф в конечном состоянии B- ^ J/фЛp был обнаружен коллаборацией Belle в 2005 году [6]. Ожидалось, что данный распад сможет объяснить расхождения с теоретическими предсказаниями в спектре импульса J/ф мезона в распадах B ^ J/ф + X. Был обнаружен избыток мягких J/ф. Однако измеренная величина вероятности распада B(B- ^ J/фЛp) = 11.6 ± 2.8(stat.) +2'i(syst.) х10-6

оказывается недостаточной для объяснения данного явления. Изучение данного распада коллаборацией Belle проводилось в том числе с целью изучения промежуточных двухчастичных состояний J/фЛ, J /фр и рЛ на предмет наличия в них промежуточных резонансов. Однако недостаточный уровень статистики в сигнале не позволил провести анализ промежуточных двухчастичных состояний.

В последние годы коллаборацией LHCb были опубликованы важные результаты по исследованиям и поиску барионных распадов. Например, были установлены верхние пределы вероятностей следующих распадов:

А также был обнаружен первый барионный распад В+ мезона в конечное состояние 3/фрр"П+, была измерена относительная вероятность данного распада

состояний был невозможен из-за недостаточной статистики в сигнале.

С точки зрения поиска резонансов в системе 3/ф + барион также важно отметить распад ^ 3/фЛКкоторый является аналогом распада Ль ^ 3/фрК- с учетом замены и-кварка на я-кварк в конечном состоянии. Данный распад был обнаружен коллаборацией ЬИСЬ [9] с небольшим уровнем статистики в сигнале. Измерена относительная вероятность распада. С увеличением статистики распад ^ 3/фЛК- позволит проводить поиск партнеров уже обнаруженных кандидатов в пентакварки Рс+(4380) и Рс+(4450) в инвариантной массе 3/фЛ.

4. -Заключение. Получение новых экспериментальных результатов в области барионных распадов Ь-мезонов и уточнение уже имеющихся является крайне важной задачей для совершенствования понимания КХД. Также барионные распады Ь-мезонов интересны с точки зрения поиска новых экзотических резонансов.

B(B0 ^ J/0pp)<5.2(6.0) х 10-7 at 90%(95%) CL,

B(BS ^ J/фрр)<4.8(5.3) х 10-6 at 90%(95%) CL,

B(B+ ^ J^ppn+)<5.0(6.1) х 10-6 at 90%(95%) CL [7].

B(Bc+ ^ J/фррп+) B (B+ ^ J/фп+)

0.143+0: °39(stat.) ±0.013(syst.) [8]. Однако анализ промежуточных

ЛИТЕРАТУРА

[1] G. Crawford et al. (CLEO Collaboration), Phys. Rev. D 45, 752 (1992).

[2] ARGUS Collaboration, AIP Conf. Proc. 196, 136 (1989).

[3] Vincenzo Laporta, Int. J. Mod. Phys. A22, 5401 (2007).

[4] LHCb Collaboration, Phys. Rev. Lett. 115, 072001 (2015).

[5] A. J. Bevan et al., Eur. Phys. J. C74, 3026 (2014).

[6] Belle Collaboration, Phys. Rev. D72, 051105 (2005).

[7] LHCb Collaboration, JHEP 09, 006 (2013).

[8] LHCb Collaboration, Phys. Rev. Lett. 113(15), 152003 (2014).

[9] LHCb Collaboration, Phys. Lett. B772, 265 (2017).

Поступила в редакцию 15 августа 2018 г.

После доработки 5 марта 2019 г. Принята к публикации 5 марта 2019 г.

Публикуется по результатам VII межинститутской молодежной конференции "Физика элементарных частиц и космология 2018" (ФИАН, Москва).