Рождение частиц-близнецов в толстой мишени экспресс

Оригинал: "Measurement of di-muons from 400 GeV/c protons interacting in a thick molybdenum/tungsten target"
· The SHiP Collaboration
arXiv:2604.03661 · 2026-04-04 · CC BY 4.0 · 1 мин
Физики измерили, как рождаются пары мюонов в толстом куске металла, и обнаружили, что их меньше, чем ожидалось.

📄 Показана версия «Просто» — «Популярно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить.

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.

Поперечный импульс — это скорость частицы вбок, поперёк направления пучка. Чем он больше, тем сложнее частицу «согнуть» магнитом.

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.

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.

B_{\mu^+\mu^-}\sigma(J/\psi)/A = (1.18 \pm 0.04 \pm 0.10) \, \text{nb/nucleon}
Сечение рождения J/ψ на нуклон, умноженное на вероятность распада в два мюона. Первая погрешность статистическая, вторая систематическая.
Учёные
Emmy NoetherJames Clerk MaxwellSatyendra Nath BoseAlbert EinsteinWolfgang PauliEnrico Fermi
Понятия
детектор CMS коллаборация CMS сечение детектор BESIII масса протона столкновение протонов J/ψ-мезон магнитный момент мюона фермилаб