LHCb observerer en ny forfaldstilstand af den charmerede skønhedsmeson

LHCb-samarbejdet rapporterede for nylig om arXiv preprint server den første observation af henfaldet af B_c ⁺ meson (sammensat af to tunge kvarker, b og c) til en J/ψ charm-anticharm kvark bundet tilstand og et par pioner, π ⁺ π ⁰ . Henfaldsprocessen viser et bidrag fra en mellempartikel, en ρ ⁺ meson, der dannes et kort øjeblik og derefter henfalder til π ⁺ π ⁰ par.

B_c ⁺ er den tungeste meson, der kun kan henfalde gennem de svage vekselvirkninger, via henfaldet af én tung konstituerende kvark. B_c ⁺ henfalder til et ulige antal lette hadroner og en J/ψ (eller andre charme-anticharm kvark-bundne tilstande, kaldet "charmonia") er blevet undersøgt intensivt og har vist sig at være i bemærkelsesværdig overensstemmelse med de teoretiske forventninger.

Forfaldet af B_c ⁺ til en J/ψ og en π ⁺ π ⁰ par er det enkleste henfald til charmonium og et lige antal lette hadroner. Det er aldrig blevet observeret før, primært fordi den præcise rekonstruktion af lavenergien π ⁰ meson gennem sin henfald til et par fotoner er meget udfordrende i et LHC proton-proton kollisionsmiljø.

En præcis måling af B_c ⁺ →J/ψπ ⁺ π ⁰ henfald vil give bedre forståelse af dets mulige bidrag som baggrundskilde for undersøgelsen af ​​andre henfald af B_c mesoner samt sjældne henfald af B ⁰ mesoner. Fra et teoretisk synspunkt, henfald af B_c ind i J/ψ og et lige antal pioner er nært beslægtet med henfaldene af τ leptonet til et lige antal pioner og til e ⁺ e ^– udslettelse til et lige antal pioner.

Præcise målinger af e ⁺ e ^– udslettelse i to pioner i ρ-masseregionen (som i B_c henfald diskuteret her) er afgørende for fortolkningen af ​​resultater fra Fermilab g-2-eksperimentet, der måler det unormale magnetiske dipolmoment af myonen, da lavenergi e ⁺ e ^– udslettelse i hadroner er en vigtig kilde til usikkerheden ved g-2-målingerne.

Forholdet mellem sandsynligheden for det nye henfald og forfaldet af B_c ⁺ ind i J/ψπ ⁺ er blevet beregnet af forskellige teoretikere gennem de sidste 30 år. Nu kan disse forudsigelser endelig sammenlignes med en eksperimentel måling:de fleste forudsigelser stemmer overens med det nye resultat opnået af LHCb (2,80±0,15±0,11±0,16).

Det store antal b-kvarker produceret i LHC-kollisioner og den fremragende detektor gør det muligt for LHCb at studere produktionen, henfaldene og andre egenskaber af B_c ⁺ meson i detaljer. Siden mesonens opdagelse ved CDF-eksperimentet ved Tevatron-kollideren, 18 nye B_c ⁺ henfald er blevet observeret (med mere end fem standardafvigelser), alle af LHCb.

Flere oplysninger: Observation af B_c ⁺ til J/ψπ ⁺ π ⁰ henfald, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.05523

Journaloplysninger: arXiv

Leveret af CERN