http://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=24d129f4-8a85-4a6c-922d-77109060f31a&print=1© 2024 Российская академия наук
На прошлой неделе на Конференции Европейского физического общества по физике высоких энергий (EPS-HEP 2023) эксперимент LHCb сообщил о своём первом наблюдении гипертритонов и антигипертритонов, родившихся в протон-протонных взаимодействиях. Было обнаружено около 100 таких гиперядер. Сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт»-ПИЯФ принимают активное участие в работе эксперимента LHCb и являются соавторами представленной работы.
Гипертритоны принадлежат к классу ядер, называемых гиперядрами или гиперфрагментами. Первый из них был обнаружен Данишем и Пневским в 1952 году. Они обнаружили и правильно интерпретировали событие, показанное на рисунке.
Одно из событий взаимодействия космических лучей с ядерной эмульсией. Видны траектории заряженных частиц. Чем жирнее линия, тем больше удельная ионизация, вызываемая частицей
Взаимодействие космических лучей с ядерной эмульсией вызвало распад ядра на множество частиц, среди которых был ядерный фрагмент (f), который распадается на две длинные дорожки и одну короткую. Большая энергия распада, а также долгий срок жизни фрагмента f побудили авторов предположить, что он содержит гиперон Λ, связанный внутри ядра. Это наблюдение положило начало физике гиперядер. Сначала гиперядра интенсивно изучались с использованием взаимодействия космических лучей с ядерными эмульсиями, а позже, в 1970-х годах, их обнаружили в экспериментах на протонном синхротроне в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН). В настоящее время рождение гипертритонов изучается в столкновении пучков тяжелых ионов. Наиболее точные измерения принадлежат экспериментам STAR (Теватрон, Фермилаб) и ALICE (БАК, ЦЕРН). Так, в 2019 году эксперимент ALICE представил измерения среднего времени жизни гипертритона. И вот на прошлой неделе другой эксперимент БАК — LHCb — сообщил о своем первом наблюдении гипертритонов и антигипертритонов, возникающих в pp-взаимодействиях. Для этого использовались данные, набранные в 2015-18 гг. в ходе второго этапа работы БАК.
Гипертритоны, 3Λ H, и соответствующие антиядра были воссозданы через двухчастичные распады на ядра гелия и пионы. Антигипертритон аналогичен антиизотопу антиводорода, известному как антитритий. Такое антиядро состоит из антипротона и двух антинейтронов, связанных ядерными силами. Основное различие между антитритоном и антигипертритоном заключается в том, что последний содержит странный антибарион, известный как Λ, вместо одного из антинейтронов.
Состав и схема распада антигипертритона
Основные компоненты анализа представлены на вставке на графике ниже. Антигипертритон рождается при столкновениях протонов БАК в точке, обозначенной чёрной звездой. После того как он пролетает около 40 см, гиперон Λ внутри ядра распадается под действием слабых сил на антипротон и π+. Это происходит в точке, изображенной фиолетовым эллипсом. Пион покидает ядро, в то время как антипротон захватывается внутри, превращая антигипертритон в ядро антигелия-3, состоящее из двух антипротонов и одного антинейтрона. Ядра антигелия обладают двойным зарядом, так как в их состав входят два антипротона. Их идентификация производится путем анализа информации о потерях энергии при ионизации в кремниевых трекерах эксперимента. Цветовая шкала на вставке в графике показывает, что амплитуда ответа VELO различается для антигипертритона, антигелия и пиона.
Распределение по массе конечных продуктов распада гипертритонов и антигипертритонов. Ожидаемый вклад сигнала показан красной линией, а влияние фоновых процессов при помощи зеленой гистограммы. На вставке приведена топология распада антигипертритона. Отклик вершинного детектора LHCb на прохождение частиц, обладающей разной удельно ионизацией показан при помощи цветовой шкалы
Физики LHCb идентифицируют антигипертритоны, вычисляя инвариантную массу конечных продуктов распада, m(3He π+). Восстановление гипертритона идентично, за исключением использования ядра гелия и выделения пионов с отрицательным электрическим зарядом. Центральный пик на изображении выше представляет собой сумму наблюдаемых гипертритонов и антигипертритонов. Общее количество наблюдаемых гипертритонов составляет 61 ± 8, а антигипертритонов: 46 ± 7.
Техника идентификации гелия, используемая в этом анализе, является инновационной для эксперимента LHCb. Она подтверждает возможность проведения богатой программы измерений в области квантовой хромодинамики и астрофизических исследований, включающей лёгкие ядра. Изучение производства гелия и антигелия с использованием коллайдерных экспериментов, таких как LHCb, улучшит наше понимание ядерных сил и может также предоставить информацию о том, как такие ядра могут образовываться в космосе. Кроме того, гиперядра, такие как гипертритон, имеют значительное значение для понимания плотных астрофизических объектов, таких как нейтронные звезды.
Более подробную информацию можно получить из заметки на сайте эксперимента LHCb, а также из слайдов презентации на конференции EPS-HEP 2023. В скором времени статья, описывающее это измерение, будет направлена в реферируемый научный журнал.
Источник: ПИЯФ.