Colaboração LHCb observa decaimento Bs->X(3872)pipi
Descobertas importantes sobre processos de decaimento de hádrons beleza aumentam a compreensão da física de partículas.
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Índice
- Contexto
- O Processo de Decaimento
- Coleta de Dados
- Frações de Ramificação
- Observações de Novos Estados
- Mecanismo de Reescattering
- Medidas Adicionais
- Configuração Experimental
- Critérios de Seleção
- Simulação e Análise de Dados
- Resultados e Conclusões
- Espectros de Massa e Padrões de Decaimento
- Incertezas Sistemáticas
- Conclusão
- Fonte original
- Ligações de referência
A colaboração do LHCb fez uma observação interessante sobre um processo de decaimento específico envolvendo partículas conhecidas como hádrons beleza. Esse processo é chamado de decaimento Bs->X(3872)pipi. Essa observação é significativa, pois fornece uma visão sobre o comportamento de certas partículas e suas interações.
Contexto
Hádrons beleza são partículas que contêm um quark bottom e são essenciais para estudar as propriedades da matéria em um nível fundamental. O experimento LHCb, localizado no CERN, se concentra em entender os Decaimentos dessas partículas. Essa pesquisa ajuda os cientistas a aprender sobre os vários estados da matéria e as forças que regem seu comportamento.
O Processo de Decaimento
O processo de decaimento observado envolve várias partículas. Neste caso, um hádron beleza decai em um estado chamado X(3872) junto com dois píons. Píons são mésons leves compostos por um quark e um antiquark. O estudo desses decaimentos ajuda os cientistas a entender como diferentes partículas interagem e decaem em outras formas.
Coleta de Dados
O experimento LHCb coletou dados de colisão com diferentes níveis de energia, especificamente em 7, 8 e 13 TeV. O total de dados coletados incluiu luminosidades integradas de 1, 2 e 6. Esses dados são vitais para analisar o processo de decaimento e fazer medições precisas.
Frações de Ramificação
Um aspecto importante do estudo de decaimentos de partículas é o conceito de frações de ramificação. Uma fração de ramificação indica a probabilidade de um determinado processo de decaimento ocorrer em relação a outros decaimentos possíveis. Neste estudo, os pesquisadores mediram a razão das frações de ramificação para o decaimento observado em comparação com outros processos de decaimento.
Os resultados desta medição mostraram que a fração de ramificação para o decaimento Bs->X(3872)pipi é significativa, fornecendo novas informações sobre os mecanismos de decaimento dos hádrons beleza.
Observações de Novos Estados
O decaimento de hádrons beleza em estados que envolvem charmonium, que consiste em um quark charm e um antiquark charm, oferece uma oportunidade única para os pesquisadores. Esses decaimentos ajudam os cientistas a aprender mais sobre charmonium e seus vários estados. Nos últimos anos, muitos novos estados foram observados em decaimentos envolvendo charmonium.
Um estado particularmente interessante é o X(3872), que é um estado exótico que não foi bem compreendido até agora. A natureza desse estado permanece incerta, e comparações adicionais entre a frequência de produção de diferentes estados podem esclarecer seus processos de formação.
Mecanismo de Reescattering
Uma hipótese sobre o decaimento dessas partículas envolve o mecanismo de reescattering. Esse mecanismo pode levar a uma contribuição significativa para a produção do estado X(3872) e pode influenciar as taxas de decaimento observadas dos hádrons beleza. No entanto, existe uma diferença intrigante entre as frações de ramificação de diferentes canais de decaimento, apontando para a necessidade de mais investigação.
Medidas Adicionais
Para obter mais clareza sobre a natureza do estado X(3872), serão realizadas medições adicionais em vários canais de decaimento. Essas medições ajudarão os cientistas a entender como esse estado é produzido em diferentes condições e quais fatores influenciam seu decaimento.
Configuração Experimental
O detector LHCb é um espectrômetro de braço único projetado para estudar os decaimentos de partículas que contêm quarks bottom ou charm. Inclui um sistema complexo de rastreamento, permitindo que os pesquisadores mediçam o momento de partículas carregadas com alta precisão.
O sistema também tem vários detectores para identificar diferentes tipos de partículas, incluindo múons e píons. A combinação desses detectores permite que os cientistas selecionem eventos de interesse a partir da vasta quantidade de dados gerados pelas colisões.
Critérios de Seleção
Para isolar os eventos de interesse, os pesquisadores implementam critérios de seleção rigorosos. Eles buscam pares de partículas com cargas opostas que se originam de um vértice comum. A qualidade dessas seleções é essencial para garantir que os dados sejam confiáveis e que os decaimentos observados sejam genuínos.
Simulação e Análise de Dados
Interações de partículas simuladas são essenciais para entender como os eventos devem se comportar em condições ideais. Ao comparar dados reais com resultados de simulações, os cientistas podem determinar a eficiência de sua configuração experimental e identificar quaisquer discrepâncias.
As simulações também ajudam na reconstrução de eventos e na determinação de frações de ramificação, modelando diferentes processos de decaimento. Essa correlação entre eventos simulados e reais auxilia na refinamento da precisão dos resultados.
Resultados e Conclusões
As descobertas da coleta e análise de dados recentes mostram uma observação significativa do decaimento Bs->X(3872)pipi. A significância estatística dessa observação é notável, superando sete desvios padrão, o que sugere que os resultados não são devido a flutuações aleatórias nos dados.
A razão determinada das frações de ramificação indica uma preferência substancial pelo processo de decaimento observado em relação aos canais de comparação, confirmando ainda mais a validade das descobertas.
Espectros de Massa e Padrões de Decaimento
Um aspecto importante deste estudo envolveu a análise dos espectros de massa do sistema dipion, que revela informações sobre a distribuição dos produtos de decaimento. Esta análise indicou que há fortes semelhanças com outros canais de decaimento, destacando a presença de contribuições S-wave e reforçando a compreensão dessas interações.
Os espectros de massa do dipion foram estudados sistematicamente, revelando características notáveis consistentes com os modelos teóricos esperados. Como resultado, as propriedades de massa e os mecanismos de decaimento estão sendo melhor compreendidos.
Incertezas Sistemáticas
Ao realizar tais experimentos, é crucial considerar as incertezas sistemáticas que podem surgir de várias fontes. Essas incertezas podem afetar as medições das frações de ramificação e ratios. Os pesquisadores empregam vários métodos para estimar essas incertezas, garantindo que os resultados finais sejam o mais precisos possível.
Conclusão
A observação do decaimento Bs->X(3872)pipi pela colaboração do LHCb representa um avanço significativo no estudo de hádrons beleza e estados exóticos. À medida que a pesquisa avança, os cientistas esperam obter insights mais profundos sobre os mecanismos que governam as interações e processos de decaimento das partículas.
Dados adicionais, combinados com medições refinadas, iluminarão ainda mais as características do estado X(3872) e seu papel no contexto mais amplo da física de partículas. A exploração contínua nessa área promete avançar nossa compreensão das partículas fundamentais e das forças que moldam nosso universo.
Título: Observation of the $B^0_s\rightarrow \chi_{c1}(3872)\pi^+\pi^-$ decay
Resumo: 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.
Autores: 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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Última atualização: 2023-12-13 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://arxiv.org/abs/2302.10629
Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2302.10629
Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.
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