LHCb-samarbetet rapporterade nyligen om arXiv preprint server den första observationen av förfallet av B_c ⁺ meson (sammansatt av två tunga kvarkar, b och c) till ett J/ψ charm-anticharm kvarkbundet tillstånd och ett par pioner, π ⁺ π ⁰ . Sönderfallsprocessen visar ett bidrag från en mellanliggande partikel, en ρ ⁺ meson som bildas för ett kort ögonblick och sedan sönderfaller till π ⁺ π ⁰ par.

B_c ⁺ är den tyngsta mesonen som bara kan sönderfalla genom de svaga interaktionerna, via sönderfallet av en tung beståndsdel kvark. B_c ⁺ sönderfaller till ett udda antal lätta hadroner och en J/ψ (eller andra charm-anticharm-kvarkbundna tillstånd, kallade "charmonia") har studerats intensivt och har visat sig stämma anmärkningsvärt överens med de teoretiska förväntningarna.

Förfallet av B_c ⁺ till ett J/ψ och ett π ⁺ π ⁰ par är det enklaste sönderfallet till charmonium och ett jämnt antal lätta hadroner. Det har aldrig observerats tidigare, främst på grund av den exakta rekonstruktionen av lågenergin π ⁰ meson genom dess förfall till ett par fotoner är mycket utmanande i en LHC-proton-protonkollisionsmiljö.

En exakt mätning av B_c ⁺ →J/ψπ ⁺ π ⁰ sönderfall kommer att möjliggöra bättre förståelse av dess möjliga bidrag som bakgrundskälla för studier av andra sönderfall av B_c mesoner såväl som sällsynta sönderfall av B ⁰ mesoner. Ur teoretisk synvinkel, förfall av B_c till J/ψ och ett jämnt antal pioner är nära besläktade med τ-leptonens sönderfall till ett jämnt antal pioner, och till e ⁺ e ^– förintelse till ett jämnt antal pioner.

Exakta mätningar av e ⁺ e ^– förintelse i två pioner i ρ-massregionen (som i B_c). sönderfall som diskuteras här) är avgörande för tolkningen av resultat från Fermilab g-2-experimentet som mäter det anomala magnetiska dipolmomentet hos myonen, eftersom lågenergi e ⁺ e ^– förintelse av hadroner är en viktig källa till osäkerheten i g-2-mätningarna.

Förhållandet mellan sannolikheten för det nya sönderfallet och det för sönderfallet av B_c ⁺ till J/ψπ ⁺ har beräknats av olika teoretiker under de senaste 30 åren. Nu kan dessa förutsägelser äntligen jämföras med en experimentell mätning:de flesta förutsägelser överensstämmer med det nya resultatet som erhållits av LHCb (2,80±0,15±0,11±0,16).

Det stora antalet b-kvarkar som produceras i LHC-kollisioner och den utmärkta detektorn gör att LHCb kan studera produktionen, sönderfallen och andra egenskaper hos B_c ⁺ meson i detalj. Sedan mesonens upptäckt av CDF-experimentet vid kollideren Tevatron, 18 nya B_c ⁺ sönderfall har observerats (med mer än fem standardavvikelser), alla av LHCb.

Mer information: Observation av B_c ⁺ till J/ψπ ⁺ π ⁰ förfalla, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.05523

Journalinformation: arXiv

Tillhandahålls av CERN