Новая экзотическая частица, распадающаяся на J/ψ и ɸ мезоны, обнаружена в эксперименте LHCb в распадах Bs мезонов. В течении последнего десятилетия множество новых экзотических частиц было обнаружено в распадах прелестных частиц. Среди них пентакварковые состояния, а также множество заряженных и нейтральных тетракварковых состояний. Совсем недавно, четыре нейтральных тетракварковых состояния были обнаружены в эксперименте LHCb на Большом адронном коллайдере в массовом спектре J/ψɸ комбинаций из распадов B+→ J/ψ ɸ K+.
Группа ученых российского ИТЭФ в составе Т.А.Овсянниковой, В.Ю.Егорычева и И.М.Беляева провела анализ данных, собранных в эксперименте LHCb за период с 2011 до 2018 годов. В анализе исследовались распады Bs мезонов в конечное состояние J/ψ-мезон, два заряженных пиона различных знаков и двумя противоположнозаряженными каонами, и в массового спектре J/ψɸ комбинаций из этого распада была обнаружена структура, названная X(4740), с массой порядка 4741 МэВ/с2 и шириной около 53 МэВ. Cтатистическая значимость сигнала соответствует 5.5 стандартным отклонениям. Было установлено, что наличие данной структуры не может быть объяснено гипотезами о возможных вкладах из других известных распадов.
В анализе было показано, что в исследуемом распаде Bs мезона конечное состояние характеризуется сложной резонансной структурой. В частности, были обнаружены распады Bs→ψ(2S)ɸ, Bs→Х(3872)ɸ, Bs→Х(3872)KK и Bs→J/ψK*0K*0, причем два последних распада были обнаружены впервые. Для всех обнаруженных распадов были проведены наиболее точные измерения отношений парциальных ширин. Эти измерения позволяют лучше понять природу состояния X(3872), в изучении которого большой вклад внесли физики нашего института. В частности, новые точные измерения отношений парциальных ширин поддерживают интерпретацию этого состояния, как компактного тетракварка. Большой сигнал Bs→ψ(2S)ɸ распада позволил провести наиболее точное измерения массы Bs мезона.
С использованием значительно большего образца данных, ожидаемых после модернизации Большого Адронного Коллайдера, будет возможен амплитудный анализ данного конечного состояния, который позволит измерить квантовые числа состояния X(4740), идентифицировать его природу и определить возможные связи с другими резонансами в системе J/ψɸ, в частности, с тетракварковым кандидатом Х(4700), обнаруженным в эксперименте LHCb ранее.