Коллаборация DIANA из подмосковной Дубны наконец-то опубликовала свое сообщение об указании на существование экзотического бариона с положительной странностью Z+ (подробности про этот барион см. на странице "Текущие открытия в физике элементарных частиц: открытие бариона с положительной странностью"). Масса 1539 +/- 2 МэВ, ширина менее 9 МэВ (см. закрашенную область на Рисунке). Статистическая значимость сигнала -- 4.4 стандартных отклонения (73 события при ожидаемом фоне 44 события), что немного не дотягивает до полновесного открытия. Хотя -- если объединить два сообщения (LEPS и DIANA), может уже можно говорить и о настоящем открытии?

Эту статью можно, без сомнения, считать самым важным открытием января. В реакции

в распределении по инвариантной массе K+ мезона и нейтрона обнаружен узкий резонанс с массой 1540 +/- 10 МэВ и шириной менее 25 МэВ.

Количество зарегистрированных событий как функция инвариантной массы K+ мезона и нейтрона, в Гэвах. Сплошная гистограмма -- данные на углероде-12, штрихованная -- данные на мишени из жидкого водорода, прошедшие ту же самую процедуру отбора. Статистический уровень сигнала -- 4.6 стандартных отклонения.

Самое важное -- это то, что этот барионный резонанс распадается на K+, кварковая структура (u анти-s), и нейтрон, кварковая структура (udd), причем распадается быстро, а значит, этот распад идет за счет сильного взаимодействия. В сильном взаимодействии, как известно, тип кварков меняться не может. Поэтому мы приходим к выводу, что наблюденная частица-резонанс содержит странный антикварк, то есть, это барион с положительной странностью. В простой кварковой модели такого бариона не существует! А в природе -- он есть!

Поскольку статистическая значимость сигнала составляет 4.6 стандартных отклонения, сомнений в том, что это действительно сигнал, а не игра случая, практически не остается. Поэтому надо сесть и подумать, что это за зверь.

Назовем эту частицу Z+. Итак, прежде всего ясно, что это не трехкварковое состояние. Как мы уже говорили, на уровне кварков положительная странность означает, что этот барион содержит странный антикварк. Но поскольку это барион, то есть, частица с барионным числом +1, то значит, в нем число кварков должно превышать число антикварков на три. Итак, это может быть связанное состояние четырех легких кварков и странного антикварка (условно, такое состояние можно назвать пентакварком):

Какие еще есть варианты? Еще возможно, что Z+ не кварковый барион, то есть, не связанное состояние нескольких кварков, а связанное состояние нейтрона и каона, так называемая молекула. Это как бы аналогично атомному ядру -- ведь там отдельные нуклоны, хоть и связаны вместе, но сохраняют свою обособленность, и никто не считает, что ядра -- это мешки, наполненные кварками.

Есть, однако, еще одна возможность: Z+ может быть солитонным барионом. Про солитонные модели барионов читайте в нашем журнале заметку В.Копелиовича Топологические солитонные модели барионов и их предсказания, а также см. недавнюю теоретическую работу hep-ph/0303138. На более детальном, но все же достаточно популярном уровне, про эти модели можно прочитать в статье hep-ph/9703373.

В рамках этой модели утверждается, что все легкие барионы -- это солитонные решения уравнений квантовой хромодинамики. То есть, они не составлены из отдельных конституентных кварков, а представляют из себя как бы размазанное в пространстве поле. На языке квантовой теории поля, протон в этой модели состоит не из вторично-квантованных частиц, а есть почти что классическое решение уравнений ("почти" -- потому что квантование в этой модели все же присутствует, но это обычное, квантово-механическое, а не квантовое-полевое квантование).

Такое подход может показаться кощунством, ведь эта модель смеет противопоставлять себя привычной кварковой модели! И тем не менее, никаких противоречий ни внутри самой модели, ни в описании масс и статических свойств известных барионов эта модель не испытывает!

Важно понимать, что даже если эта солитонная модель подтвердится, то это не означает, что кварки "закрыли". Кварковая структура адронов -- факт настолько многократно перепроверенный в эксперименте, в особенности, в области высоких энергий, что сомневаться в нем не стоит. Реальный вопрос, стоящий сейчас на повестке дня (и получивший новый толчок благодаря этому открытию) -- это каковы физически осмысленные степени свободы внутри бариона. И если данное открытие подтвердит верность солитонной модели, то это просто будет означать, что барионы -- это вовсе не такой простой конструктор из кубиков-кварков, как может показаться на первый взгляд. Ну и наконец, надо помнить, что сами эти солитоны -- это всего лишь несколько непривычные решения тех же самых "кварковых" уравнений (уравнений КХД).

И более того, экспериментальные поиски Z+, результаты которых вылились в сенсацию, как раз вдохновлялись предсказаниями киральной солитонной модели барионов. В этой модели, все барионы представляют собой особые классические (не-квантовополевые) объекты солитоны. Кроме описания уже имеющихся октета и декуплета барионов, эта модель предсказывает существование других семейств барионов, в частности анти-декуплета. И именно эта модель предсказывала существование бариона с массой примерно 1530 МэВ с положительной странностью еще в 1997 году. И вот, целенаправленный поиск в этой области принес положительный результат!

Стоит отметить, что эксперимент, позволивший увидеть эту частицу, был совсем нетривиальный. Ведь нейтронов просто так нигде нет, и реакции на нейтронах -- это обычно реакции на ядрах (в данном эксперименте это были ядра углерода-12), из которых затем тщательно вычитается протонная составляющая. Кроме того, если нам требуется восстанавливать инвариантную массу, то нам нужно правильно учесть и внутреннее движение нуклонов в ядре (ферми-движение). Именно подробному изложению методики этого учета посвящена значительная часть статьи. Методика достаточно непростая, и будем надеяться, что экспериментаторы не ошиблись где-то по пути.

Да, и еще крайне важная вещь: аналогичный резонанс нашли и наши ученые (эксперимент DIANA в ИТЭФе), и о нем уже было доложено на отделении ядерной физики сессии РАН в декабре 2002 года. Сообщение будет опубликовано в сборнике конференции, который выйдет в "Ядерной Физике".

Коллаборация SELEX объявляет об обнаружении дважды-очарованного гиперона Xi_cc⁺ с массой 3519 МэВ. Ничего особенного в этом нет, но все же -- открытие новой "элементарной" частицы.

Коллаборация CLEO сообщает о наблюдении интересного распада интересного бариона

Столкновение тяжелых релятивистских ядер отличается от простого столкновения отдельных нуклонов тем, что на короткое время оно может привести к возникновению кварк-глюонной плазмы: особого состоянию вещества, имевшему место в природе только в первые мгновения после Большого Взрыва (см. статью В.Салеева из Соросовского Образовательного Журнала). Одним из экспериментально наблюдаемых проявлений кварк-глюонной плазмы явлется повышенный процент рожденных странных и мультистранных гиперонов (мультистранный = содержащий более одного странного кварка, то есть Кси и Омега гипероны), причем чем больше странность гиперона, тем сильнее должно быть увеличение его выхода по сравнению с протон-ядерными столкновениями.

Намеки на то, что такое усиление действительно имеет место, впервые были обнаружены в конце 1990-х годов в эксперименте WA97 в ЦЕРНе. В новом, улучшенном эксперименте NA57 этот эффект подтвердился. В данном докладе кратко описаны результаты сравнения рождения Лямбда, Кси и Омега гиперонов в столкновении ядер свинца с протон-ядерными столкновениями.

Более подробную вводную информацию -- как по самому эксперименту, так и по его физической подоплеке -- можно найти на официальном сайте экспериментов WA97 и NA57