Новости науки | ||||||||||||||||||||||||
07.07.02 Тайна B-мезонов | ||||||||||||||||||||||||
B-мезоны -- это мезоны, состоящие из тяжелого
анти-b-кварка и легкого кварка, и потому процессы рождения
B-мезонных пар --
это прежде всего процессы рождения кварк-антикварковой пары
b-анти-b.
Казалось бы, вся интуиция физики элементарных частиц
говорит о том, что такие процессы должны очень легко
вычисляться в КХД и давать близкие к опыту значения.
Как бы не так: вот уже несколько лет исследователям не дает покоя
"b-проблема" -- оказывается, что измеренное сечение
рождения B-мезонов в целом ряде реакций
в несколько раз превышает теоретические предсказания,
выполненные даже с учетом NLO (Next-to-Leading Order) поправок.
Что можно ожидать от B-мезонов
Давайте сразу поймем, почему это несогласие так волнует физиков.
Мезоны -- это сильновзаимодействующие частицы.
Поэтому, пытаясь описать свойства этих частиц, мы должны,
строго говоря, принимать во внимание и разнообразные
"мягкие" непертурбативные эффекты,
которыми так "славится" сильное взаимодействие. По сути дела, само
существование мезонов обязано одному из таких эффектов --
конфайнменту.
Беда с непертурбативными эффектами заключается в том,
что теория возмущений -- практически единственный
Однако если мы уходим вверх по энергии, т.е. когда массы
или энергии существенно превышают
Благодаря этому можно надеяться, что если мы будем исследовать
Что происходит на самом деле
Итак, обратимся к реакции рождения тяжелых кварков,
Поскольку речь идет о высоких энергиях
в фотон-протонном столкновении, то процессы такого
типа можно попытаться сосчитать теоретически,
если опираться на ту или иную модель Померона.
Итак, вроде бы все в порядке: наши ожидания, что
процессы рождения тяжелых кварков можно надежно
считать по теории возмущений, подтверждаются.
Возникает даже ощущение, что проверки с b-кварками
вообще не нужны: раз все так хорошо с c-кварками,
то в случае еще более тяжелых b-кварков согласие
теории и эксперимента просто обязано иметь место!
Тем не менее, эксперименты по рождению b-кварков
в глубоко-неупругом рассеянии были проведены.
Взгляните на Рис.2. Здесь показано отношение экспериментально
измеренного сечения e+p Открытие "на пустом месте", открытие, которого не ждешь,
всегда оказывается громом среди ясного неба.
Отметим, что поскольку аналогичный эффект был обнаружен
и в протон-протонных столкновениях на Тэватроне,
и в фотон-фотонных столкновениях на коллайдере LEP,
то его уже нельзя "списать" на какую-нибудь
ошибку одного отдельно взятого эксперимента.
Таким образом, вся совокупность данных свидетельствует
о наличие существенного "недосчета" B-мезонов
в теоретических вычислениях.
Итак, можно с полным правом сделать вывод:
мы здесь имеем дело с каким-то непонятым пока эффектом.
В чем причина?
Теперь начинается самое интересное. В принципе, могут быть
две причины, приводящие к наблюдаемой аномалии.
Первая заключается в том, что мы неправильно считаем
этот процесс: может быть, именно в этой реакции имеется
какая-то нетривиальная, неучтенная ранее особенность.
Вторая причина: с самими вычислениями все в порядке, но только
Природа оказалась устроена иначе, чем мы предполагали.
В соответствии с этим, все объяснения "b-проблемы" делятся
на два класса: "приземленные" и "возвышенные".
Из класса приземленных объяснений
главным кандидатом является подозрение, что
мы неправильно описываем процесс адронизации b-кварков,
см. работу [1].
Без адронизации не обойтись: ведь теория имеет дело
с рождением кварков, а эксперимент -- с детектированием
мезонов. Адронизация -- процесс формирования адронов
из разлетающегося "облака" кварков -- связывает
эти две картины. К сожалению, из первых принципов
адронизацию (а точнее, так называемые функции фрагментации)
не вычислишь, однако существуют вполне разумные
и "проверенные жизнью" параметризации. Именно они,
по-видимому, и дают сбой в случае этой реакции.
Таким образом, все сводится к тому, что мы плохо понимаем
функции фрагментации b-кварков.
В качестве примера диаметрально противоположного решения
b-проблемы можно привести работу [2]. В ней делается вывод,
Так или иначе, ситуация пока не ясна.
Для окончательного разрешения этой проблемы необходимо
дальнейшее изучение функций адронизации и, конечно же,
очень желательны новые данные по рождению B-мезонов.
В виде приложения могу порекомендовать обзор [3],
отражающий состояние дел на 1997 год
(на Тэватроне обнаружено превышение b-сигнала, но ожидается,
что на HERA все будет в порядке) и более свежую диссертацию [4].
Ссылки:
[1] M. Cacciari, P. Nason, "Is There a Significant Excess in Bottom Hadroproduction at the Tevatron?",
hep-ph/0204025.
[2] E. L. Berger, "The Puzzle of the Bottom Quark Production Cross Section",
hep-ph/0201229.
[3] S. Frixione, M. L. Mangano, P. Nason, G. Ridolfi,
"Heavy quark production",
Adv.Ser.Direct.High Energy Phys.15, 609-706,1998;
hep-ph/9702287.
[4]N. Coppola, The study of open beauty in photoproduction at HERA, PhD Thesis, Aug 2000. 182pp.
| ||||||||||||||||||||||||
|