Восемь сигма из едва заметной вспышки? На Большом адронном коллайдере впервые увидели возбужденный Bc-мезон
NewsMakerФизики нашли редкое состояние тяжелой частицы, зарегистрировав превращение почти неуловимого фотона в электрон-позитронную пару.
Физики эксперимента ATLAS на Большом адронном коллайдере впервые увидели частицу, которую выдаёт едва заметная вспышка энергии. Речь идёт о мезоне Bc*+, возбужденной версии частицы Bc+, состоящей из очарованного кварка и нижнего антикварка. Сигнал оказался настолько убедительным, что его статистическая значимость превысила восемь стандартных отклонений.
Протоны и нейтроны принадлежат к адронам, частицам из кварков, связанных сильным взаимодействием. К адронам относятся и мезоны, образованные кварком и антикварком. Мезоны семейства Bc особенно интересуют физиков, поскольку объединяют сразу два тяжёлых компонента: очарованный кварк и нижний антикварк. Такие частицы помогают проверять расчёты, описывающие одну из самых сложных сторон современной физики частиц, работу сильного взаимодействия внутри материи.
В обычном мезоне Bc+ спины двух кварков направлены противоположно. В возбужденном состоянии Bc*+ спины должны быть выстроены в одном направлении, из-за чего частица получает немного большую массу. После рождения Bc*+ быстро распадается на Bc+ и фотон.
Именно фотон долго мешал найти новую частицу. Разница масс между Bc*+ и Bc+ составляет лишь десятки мегаэлектронвольт, поэтому при распаде возникает очень слабый фотон, почти недоступный стандартным методам ATLAS. Вместо прямой регистрации света исследователи искали случаи, когда фотон внутри детектора превращался в пару электрон-позитрон. Заряженные частицы оставляют треки, по которым физики смогли восстановить след исходного фотона.
Команда использовала данные протон-протонных столкновений с энергией 13 ТэВ, собранные ATLAS во время второго цикла работы коллайдера. Физики отбирали распады Bc+, при которых в детекторе появлялись три мюона и нейтрино. Нейтрино не оставляет прямого следа, поэтому подобные распады неудобны для поиска новых состояний. Зато нужный канал встречается примерно в 20 раз чаще полностью восстанавливаемых вариантов, и дополнительная статистика перевесила сложность анализа.
В распределении измеренных событий исследователи обнаружили выраженный пик, соответствующий распаду Bc*+ на Bc+ и фотон. Разница масс двух мезонов составила 64,5 ± 1,4 МэВ с дополнительной систематической погрешностью от +1,0 до −1,4 МэВ. Значение укладывается в диапазон теоретических прогнозов, хотя немного расходится с рядом современных высокоточных расчётов.
Результат представили на конференции Large Hadron Collider Physics 2026, а препринт работы опубликован на arXiv и направлен в журнал Physical Review Letters. Наблюдение Bc*+ даст теоретикам новую опорную точку для расчётов спектра тяжелых адронов и поможет точнее понять, как сильное взаимодействие удерживает кварки внутри сложных частиц.
Физики эксперимента ATLAS на Большом адронном коллайдере впервые увидели частицу, которую выдаёт едва заметная вспышка энергии. Речь идёт о мезоне Bc*+, возбужденной версии частицы Bc+, состоящей из очарованного кварка и нижнего антикварка. Сигнал оказался настолько убедительным, что его статистическая значимость превысила восемь стандартных отклонений.
Протоны и нейтроны принадлежат к адронам, частицам из кварков, связанных сильным взаимодействием. К адронам относятся и мезоны, образованные кварком и антикварком. Мезоны семейства Bc особенно интересуют физиков, поскольку объединяют сразу два тяжёлых компонента: очарованный кварк и нижний антикварк. Такие частицы помогают проверять расчёты, описывающие одну из самых сложных сторон современной физики частиц, работу сильного взаимодействия внутри материи.
В обычном мезоне Bc+ спины двух кварков направлены противоположно. В возбужденном состоянии Bc*+ спины должны быть выстроены в одном направлении, из-за чего частица получает немного большую массу. После рождения Bc*+ быстро распадается на Bc+ и фотон.
Именно фотон долго мешал найти новую частицу. Разница масс между Bc*+ и Bc+ составляет лишь десятки мегаэлектронвольт, поэтому при распаде возникает очень слабый фотон, почти недоступный стандартным методам ATLAS. Вместо прямой регистрации света исследователи искали случаи, когда фотон внутри детектора превращался в пару электрон-позитрон. Заряженные частицы оставляют треки, по которым физики смогли восстановить след исходного фотона.
Команда использовала данные протон-протонных столкновений с энергией 13 ТэВ, собранные ATLAS во время второго цикла работы коллайдера. Физики отбирали распады Bc+, при которых в детекторе появлялись три мюона и нейтрино. Нейтрино не оставляет прямого следа, поэтому подобные распады неудобны для поиска новых состояний. Зато нужный канал встречается примерно в 20 раз чаще полностью восстанавливаемых вариантов, и дополнительная статистика перевесила сложность анализа.
В распределении измеренных событий исследователи обнаружили выраженный пик, соответствующий распаду Bc*+ на Bc+ и фотон. Разница масс двух мезонов составила 64,5 ± 1,4 МэВ с дополнительной систематической погрешностью от +1,0 до −1,4 МэВ. Значение укладывается в диапазон теоретических прогнозов, хотя немного расходится с рядом современных высокоточных расчётов.
Результат представили на конференции Large Hadron Collider Physics 2026, а препринт работы опубликован на arXiv и направлен в журнал Physical Review Letters. Наблюдение Bc*+ даст теоретикам новую опорную точку для расчётов спектра тяжелых адронов и поможет точнее понять, как сильное взаимодействие удерживает кварки внутри сложных частиц.