В 2018 году на Большом адронном коллайдере шёл особый сбор данных: детектор CMS ловил столкновения протонов с бешеной скоростью, чтобы набрать десять миллиардов частиц с прелестным кварком. Эти частицы, B-мезоны, живут крошечные доли секунды и распадаются на более лёгкие частицы, как перегруженный поезд, сбрасывающий вагоны на ходу.
Стандартная модель предсказывает, как часто должны рождаться разные типы B-мезонов, но точные измерения нужны, чтобы проверить эти предсказания. Учёные из коллаборации CMS измерили, сколько рождается B+, B0 и B0s — трёх разновидностей, различающихся тем, какой лёгкий кварк сидит рядом с прелестным. Оказалось, что соотношения их количеств меняются в зависимости от того, с какой энергией и под каким углом вылетает частица.
Чтобы получить эти числа, физики использовали два способа распада B-мезонов: на частицы с очарованным кварком (такие распады видны как ливни обычных частиц) и на частицы, содержащие J/ψ (эти распады оставляют чёткий след из двух мюонов). Сравнив оба способа, они также уточнили, насколько часто B-мезоны выбирают тот или иной путь распада.
Проверка изоспиновой симметрии — идеи о том, что протон и нейтрон должны вести себя одинаково в сильных взаимодействиях, — показала, что в пределах точности измерений симметрия соблюдается. Это ещё один кирпичик в фундамент нашего понимания того, как кварки собираются в частицы.
как её написали авторы, на английском arXiv:2602.10270
Production fraction ratios of B$$^+$$, B$$^0$$, and B$$^0_\mathrm{s}$$ mesons are measured in proton-proton collisions at $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV using a special data set recorded in 2018 with high-rate triggers designed to collect an unbiased sample of $$10^{10}$$ b hadrons with the CMS experiment at the LHC. These data allow the study of the open-charm decays of B mesons (B$$_\mathrm{(s)}$$ $$\to$$ $$\pi$$D$$_\mathrm{(s)}$$) where the D meson decays into fully hadronic final states. By utilizing known branching fractions and precise theoretical calculations, production fraction ratios as functions of B meson transverse momentum ($$p_\mathrm{T}$$) and rapidity ($$y$$) are measured using the open-charm decays in the kinematic range of 8 $$\lt$$ $$p_\mathrm{T}$$ $$\lt$$ 60 GeV and $$\lvert y \rvert$$ $$\lt$$ 2.25. In addition, the same data set is used to measure the relative production fraction ratios with the charmonium decay channels (B$$_\mathrm{(s)}$$ $$\to$$ X$$\,$$J/$$\psi$$ with X indicating a K$$^+$$, K$$^*$$(892)$$^0$$, or $$\phi$$(1020) meson) where the J/$$\psi$$ meson decays into a pair of muons. The open-charm results are used to normalize the relative production fraction ratios obtained from the charmonium samples. Measurements of the ratios of branching fractions of B meson decays to charmonium and open-charm final states are also reported, which will improve the world-average values of these ratios. Finally, we test isospin invariance in B meson production in proton-proton collisions and observe that it holds within the experimental precision.
B-мезоны содержат прелестный кварк, который в четыре раза тяжелее протона, но живут они всего около полутора пикосекунд — за это время свет успевает пройти меньше миллиметра.
В сериале «Звёздный путь» упоминаются «кварковые» технологии, но реальные B-мезоны слишком недолговечны, чтобы стать топливом для варп-двигателя.