Scientific.ru
Новости науки
24.03.03 Обзоры hep-ex за январь 2003 года: избранные статьи


***

Не пропустите самое важное открытие января!

***
hep-ex/0301007
Tevatron Physics
Authors: John Womersley
Comments: Lectures presented at the TASI 2002 Summer School, University of Colorado, Boulder, CO, June 2-28, 2002

Это даже не лекции, а просто неторопливый рассказ о том, как устроен коллайдер Тэватрон и что сейчас на нем происходит. В некоторых деталях описываются главные компоненты детекторов DZero и CDF, обрисована физическая программа коллайдера. Автор не старается закидать читателя примерами, а останавливается лишь на некоторых важных изремениях.

обзор! hep-ex/0301011
Mixing in the D0 system - Results from collider experiments
Authors: Monika Grothe
Comments: 28 pages, 7 figures, typos corrected
Journal-ref: Mod.Phys.Lett. A18 (2003) 1-22

Краткий обзор по смешиванию нейтральных D-мезонов. Напомню, что экспериментально пока что наблюдалось смешивание между легкими K0 и анти-K0, а также между тяжелыми B0 и анти-B0 (ищутся также осцилляции в Bs-мезонах, см. комментарий к статье hep-ex/0206023) В случае D-мезонов осцилляции пока не наблюдались, хотя, по идее, должны быть (Стандартная Модель предсказывает слабые осцилляции). В обзоре кратко описывается формализм осцилляций нейтральных мезонов и анти-мезонов, и затем обсуждается то, как из экспериментов BaBaR и Belle можно извлечь параметры смешивания в D-системе.

обзор! hep-ex/0301016
Recent B physics results from CLEO
Authors: Eckhard von Toerne, for the CLEO collaboration
Comments: 25 pages, 15 figures, invited talk at 'Secrets of the B Meson', SSI 2002 topical conference

Краткий обзор последних результатов эксперимента CLEO, изучающего свойства и распады "прелестных" мезонов. Некоторые конкретные результаты этого эксперимента уже упоминались в наших обзорах, см. комментарии к статьям hep-ex/0207078 и hep-ex/0207060.

hep-ex/0301017
Search for neutrino oscillations on a long base-line at the CHOOZ nuclear power station
Authors: M. Apollonio, et al., CHOOZ collaboration
Comments: 41 pages, 59 figures, Latex file, accepted for publication by Eur.Phys.J.C

Окончательный отчет о поиске нейтринных осцилляций в эксперименте CHOOZ. Осцилляций, к сожалению, в нем не нашли, и как мы сейчас понимаем, просто потому, что расстояние от реактора до детектора было слишком маленьким. Взгляните на последнюю картинку нашей заметки про обнаружение осцилляций на KamLAND. Видите черный квадратик? Это и есть CHOOZ, который не дотянул до осцилляций всего каких-то полтора порядка.

открытие! hep-ex/0301020
Observation of S=+1 Baryon Resonance in Photo-production from Neutron
Authors: LEPS Collaboration
Comments: 12 pages, 3 encapsulated postscript figures, submitted to PRL

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".

подозрение на открытие? hep-ex/0301025
Inclusive Charged Hadron Production in Two-Photon Collisions at LEP
Authors: L3 Collaboration
Journal-ref: Phys.Lett. B554 (2003) 105-114

Коллаборация L3 из ЦЕРНа сообщает об исследовании реакций вида

где виртуальные фотоны -- это эквивалентные фотоны, испущенные электроном и позитроном (это так называемая реакция на подвешенных фотонах), а X обозначает "все, что угодно". В эксперименте отбирались достаточно высокоэнергетические события: полная энергия двухфотонных столкновений превышала 10 ГэВ. Исследовалось распределение по поперечному импульсу (pt) рожденных пионов или каонов. Основной результат показан на Рисунке.

Здесь точки -- это экспериментальные данные, а кривые -- это результаты теоретических вычислений этих распределений. Видно, что никакие теоретические расчеты не могут объяснить поведения этих распределений в облатси больших поперечных импульсов. Причем расхождение между теорией и экспериментом составляет не какие-то там проценты, а целые порядки!

В данной статье экспериментаторы не берутся интерпретировать это расхождение. Выдумывание объяснений -- это хлеб теоретиков. Но теоретики пока разводят руками: они утверждают, что учли все возможные реакции рождения.

hep-ex/0301030
Isolated electrons and muons in events with missing transverse momentum at HERA
Authors: H1 Collaboration
Comments: 24 pages, 5 figures and 7 tables

И еще одно подозрение на несостыковку между теорий и экспериментом! Правда в этот раз расхождение между теорией и экспериментом не такое значительное.

Речь идет об эксперименте коллаборации H1, в которой изучается процесс глубоконеупругого рассеяния (высокоэнергетическое столкновение позитронов и протонов). В эксперименте отбирались конечные состояния с одним-единственным электроном или мюоном, обладавшим большим неспомпенсированным поперечным импульсом. В Стандартной Модели такое конечное состояние возможно в процессе

То есть, здесь идет процесс рождения W-бозона, который распадается на лептон (электрон, мюон или их античастицы) и нейтрино. Поскольку нейтрино в этом эксперименте не детектируется, то мы реально видим в детекторе только один заряженный лептон с нескомпенсированным поперечным импульсом. Система X обычно отклоняется достаточно слабо и улетает в трубу (в прямом смысле), не будучи зарегистрированной.

Наиболее интересный результат этого эксперимента представлен на Рисунке.

Здесь показано количество зарегистрированных событий в зависимости от поперечного импульса лептона. После тщательного вычитания фона, осталось всего 18 событий. В то же время Стандартная Модель предсказывает всего около 12 событий. Различие между теорией и экспериментом небольшое, но стоит отметить, что все оно набирается в области поперечных импульсов более 25 ГэВ. В этой области теория предсказывает всего 2.9 событий, в то время как наблюдается аж 10. Однако и статистическая значимость этого выброса невелика, так что ни о чем серьезном здесь говорить пока не стоит.

диссертация hep-ex/0301031
Measurement Of Continuum Dimuon Production In 800-GeV/C Proton-Nucleon Collisions
Authors: Jason C. Webb
Comments: 214 pages. Ph.D. Dissertation

Диссертация описывает результаты измерения процесса Дрелла-Яна (а конкретнее, рождение мюон-антимюонных пар) в фермилабовском эксперименте E-866. Как водится, подробно описан детектор, методока отбора событий, анализ полученных данных со всевозможных ракурсов, сравнение с теорией, обсуждение последствий этого эксперимента для физики.

Игорь Иванов

Обсудить на форуме


На главную страницу