Tajemnica XYZ w akceleratorze BESIII
Hadrony są podstawowymi cząstkami związanymi ze sobą za pomocą oddziaływania silnego. Do niedawna w drodze eksperymentów ustalono tylko dwa rodzaje stanów hadronów: bariony składające się z trzech kwarków oraz mezony złożone z par kwark-antykwark. Nie ma przyczyn a priori, dla których tylko bariony i mezony powinny istnieć jako stany związane kwarków. Naukowcy w ramach finansowanego ze środków UE projektu BESIII-XYZ (Understanding the nature of exotic hadrons - charmonium spectroscopy at BESIII) zajęli się poszukiwaniem istnienia egzotycznych kwarków. Użyli do tego danych pochodzących z eksperymentów prowadzonych w akceleratorze Beijing Electron-Positron Collider II (BESIII) w Chinach. W 1989 r., kiedy rozpoczął się eksperyment pierwszej generacji — BES, naukowcy skupili się na fizyce badającej kwark powabny i lepton tau, które są dostępne przy energiach osiągalnych w układzie środka masy. Przez ostatnie dwie dekady, dzięki uzyskaniu bezprecedensowej wysokiej świetlności akceleratorów, możliwe były pomiary o wysokim stopniu precyzji. Ten unikalny zbiór danych został wykorzystany do zbadania cząstek XYZ. Określenie "cząstki XYZ" jest synonimem hadronów zawierających kwark powabny i antykwark powabny. Naukowcy odkryli nową cząstkę, nazwaną ψ(13D2), która umiejscowiona jest dokładnie w zakresie masy cząstki XYZ i wykazuje własności spójne z przyjętymi stanami czarmonium, co sugeruje, że ta teoria działa. Odkrycie to pokazało, że nieoczekiwane zachowanie cząstek XYZ nie jest spowodowane ograniczeniami założeń teoretycznych. Z kolei cząstki XYZ zdają się nie pasować do typowych stanów czarmonium. Zespół projektu BESIII-XYZ po raz pierwszy zebrał przytłaczające dowody na to, że niektóre cząstki XYZ mają faktycznie egzotyczne cechy i mogłyby być także powiązane ze sobą. Ściślej rzecz ujmując, dzięki analizie danych z początku 2014 r. naukowcy wykazali, że cząstka X(3872) mogłaby powstać wskutek rozkładu innej potencjalnie egzotycznej cząstki XYZ, tj. cząstki Y(4260). W rozpadzie Y(4260) odkryta została także cząstka Zc(3900). Te zaskakujące obserwacje w znacznym zakresie pomogły w procesie rozróżniania pomiędzy różnymi teoretycznymi założeniami dotyczącymi XYZ. Co więcej, wyniki projektu BESIII-XYZ pomogły umocnić pozycję europejskiej społeczności badaczy hadronów w kontekście programu fizyki obejmującego przyszłe eksperymenty w zderzaczach elektronów i pozytonów.
Słowa kluczowe
BESIII, kwarki, hadrony, BESIII-XYZ, cząstki HYZ
