Les physiciens du CERN observent une nouvelle beauté excitée – un baryon étrange

À l’aide des données de collisions proton-proton recueillies par l’expérience CMS (Compact Muon Solenoid) au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, les physiciens de la collaboration CMS ont découvert un nouveau baryon excité, d’une beauté étrange : Ξ_b(6100)^–.

Installation du tube du faisceau CMS. Crédit image : CERN / CMS Collaboration.

“De nombreux hadrons avec un quark c ou b sont assez similaires”, ont déclaré les physiciens de CMS.

“Interchanger les saveurs des quarks lourds ne change pas de manière significative la physique prédite par les modèles effectifs supposant la symétrie des quarks lourds.”

“Les baryons de charme bien établis et leurs excitations fournissent donc une excellente entrée pour les théories modélisant le spectre moins bien compris des baryons de beauté.”

“Un certain nombre de baryons excités les plus légers, tels que Λ._b(5912)⁰, Λ_b(5920)⁰et plusieurs Ξ excités_b et Ω_b^– ont été observés, et sont cohérents avec leurs partenaires de charme.”

“Par contre, des excitations plus lourdes, telles que les états Λ_b(6072)⁰ et Ξ_b(6227) isodoublet (particules qui ne diffèrent que par un quark up ou down), ne peuvent pas encore être facilement associés à des partenaires charmés.”

Un baryon d’une beauté étrange appelé Ξ_b(5945)⁰ a été observé par l’expérience CMS en 2012.

” Il est cohérent avec le fait d’être le partenaire de beauté du Ξ “._c(2645)⁺ avec un spin de parité 3/2⁺tandis que le Ξ_b(5955)^– et Ξ_b(5935)^– observés par LHCb sont son partenaire isospin et le partenaire beauté de l’état Ξ_c′⁰, respectivement”, ont déclaré les physiciens.

“Le secteur du charme suggère également l’existence d’isodoublets plus lourds importants, appelés Ξ_b^**: l’orbitale la plus légère Ξ_b excitations avec moment orbital entre un diquark léger (un appariement d’un quark s avec un quark d ou u) et un quark b lourd.”

“L’isodoublet de spin-parité 1/2”.^– se désintègre en Ξ_b^′ π^± et celle avec 3/2^– en Ξ_b^* π^±.”

Le Ξ_b(6100)^–Ξ^–_bπ⁺π^– topologie de désintégration, où le Ξ^–_b se désintègre en J/ψΞ^– (en haut) ou en J/ψΛK^– (en bas) ; les chiffres en bleu sont les longueurs moyennes de désintégration. Crédit image : Collaboration CMS.

Le nouveau baryon, Ξ_b(6100)^–a été observé via la séquence de désintégration Ξ_b(6100)^– Ξ_b(5945)⁰π^– Ξ_b^– π⁺ π^–.

Sa masse mesurée est de 6100.3 MeV, et la limite supérieure de sa largeur naturelle est de 1.9 MeV avec un niveau de confiance de 95%.

“L’observation de Ξ_b(6100)^– et la mesure de ses propriétés sont utiles pour distinguer les différents modèles théoriques prédisant les états excités du baryon de beauté”, ont déclaré les chercheurs.

” Il est curieux de constater que si ce baryon n’était que 13 MeV plus lourd, soit un minuscule changement de 0,2 %, il serait au-dessus de l’état Λ._b⁰ K^– et pourrait se désintégrer jusqu’à cet état final.”

“Ξ_b(6100)^– pourrait également faire la lumière sur la nature des précédentesdiscoveries : si c’est le 3/2^– membre de l’isodoublet d’excitation orbitale le plus léger, alors le Ξ_b(6227) récemment découvert par la collaboration LHCb pourrait être l’isodoublet 3/2^– excitation orbitale de Ξ_b′ ou Ξ_b* baryons”.

Les nouveaux résultats ont été publiés dans l’édition du 25 juin 2021 de la revue. Physical Review Letters.