Коллаборация ATLAS на Большом адронном коллайдере (ЦЕРН) объявила об открытии нового возбужденного состояния — векторного мезона $B^{*+}_c$. Работа по анализу экспериментальных данных была выполнена с определяющим вкладом физиков Лаборатории ядерных проблем и Лаборатории информационных технологий ОИЯИ.
Схема частиц конечного состояния, образующихся в результате цепочки распада, использованной в анализе ATLAS © ATLAS Collaboration, CERN
На конференции Large Hadron Collider Physics 2026 исследователи из коллаборации ATLAS сообщили о первом наблюдении частицы со свойствами, соответствующими мезону $B^{*+}_c$ — самому легкому возбужденному состоянию из семейства $B^{+}_c$-мезонов.
Большинство известных мезонов состоят из легких кварков. Новый же мезон $B^{*+}_c$ включает в себя два тяжелых кварка — $\bar{b}$-кварк и $c$-кварк. Причем спины (собственные моменты вращения) этих кварков в открытом мезоне сонаправлены, что и делает открытый мезон «векторным». В основном состоянии мезона — «скалярном» — их спины ориентированы противоположно.
Физики искали новую частицу в распаде в ее основное состояние с излучением фотона. Главная сложность заключалась в том, что разница в массах между основным и возбужденным состояниями $B^+_c$ мезона составляет всего около 64,5 МэВ. Из-за этого рождающийся фотон обладает очень малой для коллайдерной физики энергией.
«Обычные детекторы БАК такой «мягкий» фотон просто не замечают — он теряется в миллиардах других сигналов столкновений. Тогда ученые из коллаборации ATLAS применили красивый трюк. Вместо обычной регистрации фотона по его энерговыделению они восстанавливали фотоны, которые при взаимодействии с веществом детектора превращаются в пару электрон-позитрон, и уже по траекториям этих заряженных частиц во внутреннем трекере ученые смогли восстановить энергию «невидимого» фотона», — пояснила научный сотрудник научно-экспериментального отдела встречных пучков (НЭОВП) ЛЯП ОИЯИ Татьяна Любушкина.
В физике микромира открытие признается достоверным, если его статистическая значимость превышает пять стандартных отклонений. Значимость зафиксированного сигнала составила более восьми стандартных отклонений — это означает, что вероятность статистической ошибки или случайной флуктуации данных крайне мала.
Открытие предоставляет новую ценную информацию для теоретических моделей, описывающих спектры масс тяжелых адронов, и помогает лучше понять сильное взаимодействие — фундаментальную силу, которая связывает кварки вместе и удерживает атомные ядра от распада. Система из двух тяжелых кварков разных ароматов представляет собой идеальную «природную лабораторию», на примере которой можно проверять теоретические расчеты квантовой хромодинамики с беспрецедентной точностью.
В работе по анализу экспериментальных данных, позволившей зафиксировать первое наблюдение новой частицы, приняли участие ведущий научный сотрудник НЭОВП ЛЯП Леонид Гладилин, научный сотрудник Татьяна Любушкина, а также сотрудники группы EventIndex ЛИТ ОИЯИ под руководством Игоря Александрова. Результаты исследования опубликованы на сайте архива электронных препринтов: arXiv:2605.16228.
