Редкий распад мезонов исключил суперсимметрию

Физики, работающие над экспериментами LHCb и CMS на Большом Адронном Коллайдере, сообщают о первом достоверном наблюдении распада B⁰_S-мезона на два мюона, чрезвычайно редкого (оно происходит в 4 случаях из миллиарда) события. Подробнее ознакомиться с работой можно в журнале Nature (статья находится в открытом доступе), а краткое изложение доступно на сайтах CERN и в пресс-релизе группы LHCb.

B⁰_S-мезон — частица, состоящая из «прелестного» b-антикварка и «странного» s-кварка. Стандартная модель предполагает, что вероятность ее распада на мюон (тяжелый электрон) и антимюон очень мала. Гораздо более предпочтительным путем распада является превращение b-антикварка в таинственный c-антикварк и, соответственно, превращение B⁰_S-мезона в D^-_S-мезон. Однако существует ряд расширений для Стандартной модели, в частности, минимальная суперсимметричная Стандартная модель, которая увеличивает эту вероятность благодаря некоторым внутренним допущениям. 

Данные о наблюдении этого типа распадов уже сообщались в декабре 2012 года, но на тот момент достоверность, полученная экспериментами LHCb и CMS по отдельности, не достигала важного порога в пять сигма. Именно такой порог необходим для подтверждения наблюдаемого эффекта. Поэтому коллаборации впервые объединили свои усилия в анализе общих данных и достигли общей статистической значимости 6.2 сигма. Полгода назад совместная статья коллективов появилась в виде препринта, но лишь вчера была опубликована в Nature, пройдя процедуру рецензирования.

За время работы коллайдера наблюдалось более 100 распадов такого типа, что соответствует десяткам миллиардов рождений B⁰_S-мезона. Совместная работа коллабораций уточнила вероятность процесса до значения (2,8^+0,7_–0,6)·10^–9, что хорошо согласуется с теоретическим значением, предсказываемым Стандартной моделью — 3.66±0.23·10^–9.

Стоит отметить, что наряду с распадами B⁰_S-мезона исследователи наблюдают за таким же распадом еще одной частицы, нейтральным B⁰-мезоном. Вероятность его превращения в мюон-антимюонную пару еще меньше — один распад на десять миллиардов. Несмотря на то, что пока наблюдалось лишь порядка десяти таких распадов, их наблюдаемая частота в четыре раза выше ожидаемой. Это может послужить подтверждением существования какой-либо новой физики. Впрочем, статистическая значимость результата составляет пока лишь 3.2 сигма, поэтому говорить об окончательных результатах еще рано. Новые данные, которые получат в Большом адронном коллайдере в ходе второго сезона работы, могут изменить эту величину как в большую так и в меньшую сторону.

Стандартная модель — общепринятая физиками и подтвержденная в многочисленных экспериментах теория, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Одной из важнейших задач является поиск отклонений в ней, позволяющих найти Новую физику, возможно, включающую в себя Стандартную модель и описывающую более широкий круг явлений. Существует ряд теоретических расширений, в частности, связанных с теорией суперсимметрии. Для их подтверждения существует два пути — обнаружить суперчастицы, предсказанные ею, или увидеть их проявление в изменении вероятностей распадов некоторых частиц. Считается, что наблюдение распада B-мезонов более продуктивно, чем прямой поиск скварков и глюино — суперпартнеров кварков и глюонов.