La collaborazione LHCb osserva il decadimento Bs->X(3872)pipi
Risultati importanti sui processi di decadimento degli adroni beauty migliorano le intuizioni nella fisica delle particelle.
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Indice
- Sfondo
- Il Processo di Decadimento
- Raccolta Dati
- Frazioni di Ramificazione
- Osservazioni di Nuovi Stati
- Meccanismo di Riescatto
- Ulteriori Misurazioni
- Setup Sperimentale
- Criteri di Selezione
- Simulazione e Analisi Dati
- Risultati e Scoperte
- Spettri di Massa e Modelli di Decadimento
- Incertezze Sistematiche
- Conclusione
- Fonte originale
- Link di riferimento
La collaborazione LHCb ha fatto un'osservazione interessante riguardo a un particolare processo di decadimento che coinvolge particelle conosciute come hadroni beauty. Questo processo si chiama decadimento Bs->X(3872)pipi. Questa osservazione è significativa perché fornisce spunti sul comportamento di alcune particelle e le loro interazioni.
Sfondo
Gli hadroni beauty sono particelle che contengono un quark bottom e sono essenziali per studiare le proprietà della materia a un livello fondamentale. L'esperimento LHCb, situato al CERN, si concentra sulla comprensione dei decadimenti di queste particelle. Questa ricerca aiuta gli scienziati a conoscere i vari stati della materia e le forze che governano il loro comportamento.
Il Processo di Decadimento
Il processo di decadimento osservato coinvolge diverse particelle. In questo caso, un hadron beauty decade in uno stato chiamato X(3872) insieme a due Pioni. I pioni sono mesoni leggeri composti da un quark e un antiquark. Lo studio di questi decadimenti aiuta gli scienziati a capire come le diverse particelle interagiscono e decadono in altre forme.
Raccolta Dati
L'esperimento LHCb ha raccolto dati di collisione con diversi livelli di energia, specificamente a 7, 8 e 13 TeV. I dati totali raccolti includevano luminosità integrate di 1, 2 e 6. Questi dati sono vitali per analizzare il processo di decadimento e fare misurazioni accurate.
Frazioni di Ramificazione
Un aspetto importante nello studio dei decadimenti delle particelle è il concetto di frazioni di ramificazione. Una frazione di ramificazione indica la probabilità che un particolare processo di decadimento si verifichi rispetto ad altri possibili decadimenti. In questo studio, i ricercatori hanno misurato il rapporto delle frazioni di ramificazione per il decadimento osservato rispetto ad altri processi di decadimento.
I risultati di questa misurazione hanno mostrato che la frazione di ramificazione per il decadimento Bs->X(3872)pipi è significativa, fornendo nuove informazioni sui meccanismi di decadimento degli hadroni beauty.
Osservazioni di Nuovi Stati
Il decadimento degli hadroni beauty in stati che coinvolgono il charmonium, che consiste in un quark charm e un antiquark charm, offre un'opportunità unica per i ricercatori. Questi decadimenti aiutano gli scienziati a conoscere meglio il charmonium e i suoi vari stati. Negli ultimi anni, sono stati osservati molti nuovi stati nei decadimenti che coinvolgono il charmonium.
Uno stato particolarmente interessante è l'X(3872), che è uno stato esotico che non era ben compreso fino ad ora. La natura di questo stato rimane poco chiara, e ulteriori confronti su quanto spesso diversi stati vengono prodotti possono fare luce sui loro processi di formazione.
Meccanismo di Riescatto
Un'ipotesi riguardante il decadimento di queste particelle coinvolge il meccanismo di riescatto. Questo meccanismo potrebbe portare a un contributo significativo nella produzione dello stato X(3872) e potrebbe influenzare i tassi di decadimento osservati degli hadroni beauty. Tuttavia, esiste una differenza frustrante tra le frazioni di ramificazione di diversi canali di decadimento, il che sottolinea la necessità di ulteriori indagini.
Ulteriori Misurazioni
Per ottenere più chiarezza sulla natura dello stato X(3872), saranno condotte ulteriori misurazioni in vari canali di decadimento. Queste misurazioni aiuteranno gli scienziati a capire come questo stato viene prodotto in diverse condizioni e quali fattori influenzano il suo decadimento.
Setup Sperimentale
Il rivelatore LHCb è uno spettrometro a braccio singolo progettato per studiare i decadimenti delle particelle contenenti quark bottom o charm. Include un sistema di tracciamento complesso, che consente ai ricercatori di misurare con alta precisione il momento delle particelle cariche.
Il sistema ha anche diversi rivelatori per identificare diversi tipi di particelle, inclusi muoni e pioni. La combinazione di questi rivelatori permette agli scienziati di selezionare eventi di interesse dall'enorme quantità di dati generati dalle collisioni.
Criteri di Selezione
Per isolare gli eventi di interesse, i ricercatori applicano criteri di selezione rigorosi. Cercano coppie di particelle di carica opposta che originano da un comune vertice. La qualità di queste selezioni è essenziale per garantire che i dati siano affidabili e che i decadimenti osservati siano genuini.
Simulazione e Analisi Dati
Le interazioni delle particelle simulate sono essenziali per capire come gli eventi dovrebbero comportarsi in condizioni ideali. Confrontando i dati reali con i risultati delle simulazioni, gli scienziati possono determinare l'efficienza del loro setup sperimentale e identificare eventuali discrepanze.
Le simulazioni aiutano anche a ricostruire eventi e determinare le frazioni di ramificazione modellando diversi processi di decadimento. Questa correlazione tra eventi simulati e reali aiuta a raffinare l'accuratezza dei risultati.
Risultati e Scoperte
I risultati della recente raccolta e analisi dati mostrano un'osservazione significativa del decadimento Bs->X(3872)pipi. La significatività statistica di questa osservazione è notevole, superando sette deviazioni standard, il che suggerisce che i risultati non sono dovuti a fluttuazioni casuali nei dati.
Il rapporto determinato delle frazioni di ramificazione indica una sostanziale preferenza per il processo di decadimento osservato rispetto ai canali di confronto, confermando ulteriormente la validità dei risultati.
Spettri di Massa e Modelli di Decadimento
Un aspetto importante di questo studio ha coinvolto l'analisi degli spettri di massa del sistema dipioni, che rivelano informazioni sulla distribuzione dei prodotti di decadimento. Questa analisi ha indicato che ci sono forti somiglianze con altri canali di decadimento, evidenziando la presenza di contributi S-wave e rafforzando la comprensione di queste interazioni.
Gli spettri di massa dei dipioni sono stati studiati sistematicamente, rivelando caratteristiche notevoli coerenti con i modelli teorici previsti. Di conseguenza, le proprietà di massa e i meccanismi di decadimento stanno venendo meglio compresi.
Incertezze Sistematiche
Quando si conducono esperimenti del genere, è cruciale tenere conto delle incertezze sistematiche che possono sorgere da diverse fonti. Queste incertezze possono influenzare le misurazioni delle frazioni di ramificazione e dei rapporti. I ricercatori utilizzano diversi metodi per stimare queste incertezze, assicurandosi che i risultati finali siano il più accurati possibile.
Conclusione
L'osservazione del decadimento Bs->X(3872)pipi da parte della collaborazione LHCb rappresenta un passo significativo avanti nello studio degli hadroni beauty e degli stati esotici. Man mano che la ricerca continua, gli scienziati sperano di ottenere approfondimenti più profondi sui meccanismi che governano le interazioni e i processi di decadimento delle particelle.
Ulteriori dati, insieme a misurazioni raffinate, illumineranno ulteriormente le caratteristiche dello stato X(3872) e il suo ruolo nel contesto più ampio della fisica delle particelle. L'esplorazione continua in quest'area promette di far avanzare la nostra comprensione delle particelle fondamentali e delle forze che plasmano il nostro universo.
Titolo: Observation of the $B^0_s\rightarrow \chi_{c1}(3872)\pi^+\pi^-$ decay
Estratto: The first observation of the $B^0_s \rightarrow \left( \chi_{c1}(3872) \rightarrow J/\psi\pi^+\pi^-\right) \pi^+ \pi^-$ decay is reported using proton-proton collision data, corresponding to integrated luminosities of 1, 2 and 6fb$^{-1}$, collected by the LHCb experiment at centre-of-mass energies of 7, 8 and 13TeV, respectively. The ratio of branching fractions relative to the $B^0_s \rightarrow \left( \psi(2S) \rightarrow J\psi\pi^+\pi^- \right) \pi^+ \pi^-$ decay is measured to be $$ \frac{ \mathcal{B} \left( B^0_s \rightarrow \chi_{c1}(3872) \pi^+\pi^-\right) \times \mathcal{B} \left( \chi_{c1}(3872) \rightarrow J\psi\pi^+\pi^-\right)} { \mathcal{B} \left( B^0_s \rightarrow \psi(2S) \pi^+ \pi^- \right) \times \mathcal{B} \left( \psi(2S) \rightarrow J\psi\pi^+\pi^-\right) } = \left( 6.8 \pm 1.1 \pm 0.2 \right) \times 10^{-2} , $$ where the first uncertainty is statistical and the second systematic. The mass spectrum of the $\pi^+\pi^-$ system recoiling against the $\chi_{c1}(3872)$ meson exhibits a large contribution from $B^0_s \rightarrow \chi_{c1}(3872) \left( f_0(980) \rightarrow \pi^+ \pi^-\right)$ decays.
Autori: LHCb collaboration, R. Aaij, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, H. Afsharnia, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, Z. Ajaltouni, S. Akar, K. Akiba, P. Albicocco, J. Albrecht, F. Alessio, M. Alexander, A. Alfonso Albero, Z. Aliouche, P. Alvarez Cartelle, R. Amalric, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, L. An, L. Anderlini, M. Andersson, A. Andreianov, M. Andreotti, D. Andreou, D. Ao, F. Archilli, A. Artamonov, M. Artuso, E. Aslanides, M. Atzeni, B. Audurier, I. B Bachiller Perea, S. Bachmann, M. Bachmayer, J. J. Back, A. Bailly-reyre, P. Baladron Rodriguez, V. Balagura, W. Baldini, J. Baptista de Souza Leite, M. Barbetti, R. J. Barlow, S. Barsuk, W. Barter, M. Bartolini, F. Baryshnikov, J. M. Basels, G. Bassi, B. Batsukh, A. Battig, A. Bay, A. Beck, M. Becker, F. Bedeschi, I. B. Bediaga, A. Beiter, S. Belin, V. Bellee, K. Belous, I. Belov, I. Belyaev, G. Benane, G. Bencivenni, E. Ben-Haim, A. Berezhnoy, R. Bernet, S. 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Ultimo aggiornamento: 2023-12-13 00:00:00
Lingua: English
URL di origine: https://arxiv.org/abs/2302.10629
Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2302.10629
Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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