Протоны, разогнанные до огромной энергии, врезаются в толстую металлическую плиту — как пули в броню. Внутри металла на мгновение рождается частица J/ψ, которая тут же распадается на два мюона — лёгких родственника электрона. Эти мюоны вылетают из мишени, и детекторы ловят их следы.
Учёные сравнили число пойманных мюонов с предсказаниями компьютерной модели. Модель ждала больше мюонов с большим поперечным импульсом — то есть тех, что летят под углом к пучку. А в реальности их оказалось заметно меньше. Это не ошибка, а удача: в будущем эксперименте SHiP такие мюоны мешали бы, их труднее отклонить магнитным щитом.
Измеренное сечение рождения J/ψ на один нуклон составило 1,18 нанобарна с погрешностью около 10%. Это близко к результату более раннего эксперимента NA50, но чуть выше. Разница не выходит за пределы систематических ошибок, поэтому учёные делают вывод: вторичные столкновения внутри толстой мишени не усиливают рождение J/ψ больше чем на 32% (с уверенностью 90%).
Такой результат — хорошая новость для SHiP. Если бы вторичные частицы рождали много дополнительных J/ψ, фон из мюонов был бы выше. А теперь ясно: толстая мишень не портит картину, и можно смело строить установку.
как её написали авторы, на английском arXiv:2604.03661
Di-muon events emanating from a replica of the SHiP target at the CERN SPS (with a 400 GeV/c proton beam) contain a clear signal of \jpsi production. The target consisted of 13 interaction lengths of molybdenum and tungsten, followed by a 2.4m iron hadron absorber. The di-muon rate is in reasonable agreement with \MC based on Pythia v8. However, the $$J/\psi$$ rate observed in the data is much lower than predicted by the Monte Carlo simulation, which is advantageous for SHiP since muons with a large $$p_T$$ are more difficult to deflect by the active muon shield. For the center of mass rapidity ($$y_{\rm cm}$$) interval with the largest overlap with the NA50 measurement, $$0.3 < y_{\rm cm} < 0.6$$, we obtain the production cross-section per nucleon $$\sigma(J/\psi)/A$$ including the branching ratios of $$J/\psi$$ decays into muons, $$B_{\mu^+\mu^-}$$: $$B_{\mu^+\mu^-}\sigma(J/\psi)/A=(1.18~\pm~0.04~\pm~0.10)~\mathrm{nb}$$/nucleon. This is to be compared to the NA50 extrapolated result (using a much thinner target): $$B_{\mu^+\mu^-}\sigma(J/\psi)/A=(0.99~\pm~0.04)~\mathrm{nb}$$/nucleon. Within the systematic errors, no significant enhancement due to secondary production of \jpsi inside the target is observed. An upper limit at 90\% confidence level of possible contributions from secondary collisions of $$<32\%$$ is obtained.
Частица J/ψ была открыта одновременно двумя группами в 1974 году и стала первым доказательством существования очарованных кварков. За это открытие дали Нобелевскую премию.
В романе «Задача трёх тел» Лю Цысиня инопланетяне используют протоны как зонды — в реальности же протоны сами служат снарядами для рождения новых частиц.