Таинственная частица обнаружена в двух экспериментах

Предисловие переводчика
Сегодня стало модно говорить о кризисе естественных наук. Мол, исчерпали они себя, а человечество не осчастливили. Нет больше великих открытий, нет шокирующих откровений, нет того фурора, который произвели в первой четверти XX века выводы теории относительности и квантовой механики. Гуманитарии даже придумали красивую формулу: "Вместе с XX веком ушла в историю "эпоха великих географических открытий" в области естественных наук".

Для любого, кто серьезно работает в физике, биологии, химии, геологии, других естественных науках, абсурдность подобных утверждений очевидна. Скорее, надо говорить о другом: к началу XXI века естественные науки с такой интенсивностью открывают новые "чУдные земли", что у обычного человека, обремененного повседневными заботами и далекого от "естественнонаучного мореплавания", просто не хватает времени (или желания?), чтобы узнавать обо всех этих открытиях, а его "удивлялка" давно перегорела от рассказов свидетелей предыдущих прославленных экспедиций.

Действительно, если в 1973 году открытие очарованного кварка стало подлинной сенсацией, то в 1995-ом открытие самого тяжелого и загадочного из всех кварков ("top"-кварка) было замечено лишь специалистами. Тайна солнечных нейтрино, мучившая физиков почти 40 лет, была разгадана в 2001 году коллаборацией SNO благодаря открытию нейтринных осцилляций; но в России это прошло как мимо широкой общественности, так и мимо журналистов, популяризирующих науку. Очередной дебош известного политического деятеля обсуждался в несколько раз дольше, чем совпавшее с ним по времени вручение Нобелевских премий нашим ученым В.Л.Гинзбургу и А.А.Абрикосову! Да что там Нобелевские премии - в круговороте будничных дел было принято как должное величайшее достижение прикладной биологии XX века - расшифровка генома человека. Эпоху великих космографических открытий мы, кажется, вообще проспали. Думаю, что 99,99% населения нашей планеты не скажут, чем отличается темная материя от темной энергии. А ведь открытие темной энергии не менее фундаментально, чем открытие гелиоцентрической системы мира! Сейчас "простой налогоплательщик" "воротит нос" от пентакварков. Не судьбоносного, но очень красивого и абсолютно нежданного открытия прошлого года. Уверен, что в конце XIX-ого века о неожиданном открытии подобного уровня несколько месяцев говорили бы во всех интеллектуальных салонах Лондона, Парижа и Санкт-Петербурга, а публичные лекции профессоров Московского университета на данную тему собрали бы в аудитории на Моховой пол-Москвы.

Так что, если и есть сейчас "кризис естественных наук", то это кризис перепроизводства глубоких мыслей и блестящих открытий, важных технических приложений, - а не их недостаток. Этот кризис перепроизводства наложился в развитых странах на кризис духовный (господа гуманитарии, где новые идеи, превосходящие Канта, Гегеля или Нагорную проповедь?!). В России к нему добавился неизбежный после революции 1991-ого года экономический кризис. К этому стоит добавить кризис образования, когда обучение в школе и даже в ВУЗе отстает от реального развития переднего края науки лет на десять-двадцать. В условиях экспоненциального накопления научных знаний подобное отставание недопустимо, даже губительно. А значит, дело не в ученых и открытиях, дело в головах обычных людей, в том, что "сирому обывателю" приелся технический прогресс, перестал ощущаться, перестал удивлять. Поэтому бессознательно, безосновательно и абсолютно фатально для человеческой цивилизации обыватель хочет заменить его чем-то другим: широко распространенным у нас словоблудием или верой во что-нибудь таинственное, но простое. Естественнонаучную строгость - на гуманитарную аморфность, а еще лучше - на бессвязное бормотание колдунов и знахарей...

Кстати, первый человек полетел в космос чуть более сорока лет назад. Родители большинства нынешних студентов в то время уже появились на свет. Internet в России развивается всего около десяти лет, а бум доступных сотовых телефонов начался вообще пару лет назад. Современник-потребитель принимает это как должное и совершенно не задумывается, что новые технологии не выскакивают из волшебного ларца (вместе с дюжими рукастыми молодцами, которые эти технологии превращают в предметы мещанского быта), а являются плодом многолетних усилий сначала представителей фундаментальных наук, затем - прикладных, и уж только затем - конструкторов и дизайнеров, которые придают новой "технической фенечке прикольный вид"...

Тем временем, естественные науки, в том числе и физика высоких энергий, продолжают исправно поставлять "незаметные" сенсации, каждая из которых при определенных условиях способна изменить наше представление о мире элементарных частиц. В прошлом году это чуть было не сделал D_s(2317), о котором в русскоязычном секторе Internet было рассказано в популярных заметках [1]. Теперь это может сделать таинственная частица X(3872), которая не укладывается ни в одну спектрографическую схему энергетических уровней чармония. Обнаружение этой частицы ничего не значит для нелюбопытных сытых обывателей. Однако для любого физика, хоть немного знакомого с теорией сильных взаимодействий, сенсационность его очевидна. Именно об этой загадочной частице расказывается в приведенной ниже переводной статье из международного журнала по физике высоких энергий "CERN Courier". Статья помещена в разделе новостей журнала и не имеет автора.

Н.Никитин

---

Ее назвали "Икс": новая частица обнаружена в двух экспериментах

Новая необычная частица, получившая название X(3872), была открыта коллаборацией Belle (Научно-исследовательский центр физики высоких энергий KEK, Цукуба, Япония). Ее существование независимо подтверждено в эксперименте CDF (Collider Detector at Fermilab, США).

Установка Belle работает на электрон-позитронном коллайдере KEKB, который предназначен для получения большого числа B-мезонов при энергии сталкивающихся частиц около 10,58 ГэВ в системе центра масс. Исследуя различные каналы распадов B-мезонов, коллаборация Belle обнаружила небольшой пик в районе 3,872 ГэВ в распределении по массе системы, состоящей из $J/\psi$ и двух $\pi$-мезонов. Новый пик находится чуть правее, чем хорошо известный сигнал от $\psi'(3686)$-мезона, который также распадается на $J/\psi$ и два пиона [2]. Это указало на канал образования новой частицы, получившей название X(3872). Очевидно, B-мезон может распадаться на X(3872) и K-мезон, после чего почти сразу же X(3872) распадается на $J/\psi$ и два $\pi$-мезона.

На рисунках показан сигнал от X(3872), полученный коллаборациями Belle (левый рисунок) и CDF (правый рисунок).

В ответ на этот результат коллаборация CDF быстро обнаружила X(3872) в совершенно других экспериментальных условиях - при столкновении протонов и антипротонов с энергией в системе центра масс около 2 ТэВ на коллайдере Tevatron в американском исследовательском центре FNAL [3]. Это открытие показывает, что X(3872) может появляться не только в слабых распадах B-мезонов, но также и в сильных взаимодействиях, вклад которых является доминирующим при столкновении протонов и антипротонов. Результаты Belle и CDF удачно дополняют друг друга. В то время как на установке Belle было найдено около шестидесяти X(3872) при незначительном количестве фоновых событий, на CDF зарегистрировано порядка 700 "штук" X(3872), однако фон составляет приблизительно 6000 событий. В названии новой частицы - X(3872) - отражено, что она не вписывается ни в одну из известных схем классификации элементарных частиц. Коллаборация Belle нашла новую частицу в процессе поиска неоткрытых еще состояний чармония (связанных состояний очарованного кварка и антикварка - $c\bar{c}$). Однако масса X(3872) и схема ее распада не соответствуют никаким теоретическим предсказаниям. В результате, состояние X(3872) привлекло значительное внимание мирового сообщества физиков. Физики-теоретики уже выдвинули целый ряд различных объяснений. Например, X(3872) может оказаться новым экзотическим мезоном, состоящим из двух кварков и двух антикварков, - так называемой "мезонной молекулой", являющейся связанным состоянием D⁰ и D^*0-мезонов. Согласно другой гипотезе, X(3872) может быть гибридным мезоном, состоящим из глюонов и $c\bar c$-пары.

---

Литература

1. И.Иванов, "Текущие открытия в ФЭЧ: природа мезона D^*_s(2317)", http://www.scientific.ru/spark/ds2317.html; Н.Никитин, "Открытие D^*_s(2317)-частицы.
   Найдено экзотическое димезонное состояние?", http://phys.web.ru/db/msg/1185982/;
   Н.Никитин, "Экзотические многокварковые состояния. Как обстоят дела на сегодняшний день?", http://phys.web.ru/db/msg/1187352/.
2. S-K.Choi et al. Phys.Rev.Lett. 91, 262001, 2003.
3. D.Acosta et al. hep-ex/0312021, 2003.