ATLAS увидел намек на новую сверхтяжелую частицу

Событие номер 36414089, зарегистрированное в июле 2012 года детектором ATLAS, выглядит как рождение гипотетической тяжелой частицы с массой 2 ТэВ и ее распад на W и Z-бозоны с большой энергией.

Иллюстрация: ATLAS/CERN

Коллаборация ATLAS, работающая на Большом адронном коллайдере, сообщает о наблюдении любопытного отклонения от предсказаний Стандартной модели, напоминающего рождение и распад гипотетической тяжелой частицы с массой 2 ТэВ. Результаты исследования описаны в е-принте и направлены в печать.

Главная задача Большого адронного коллайдера — это поиск Новой физики, которая должна будет расширить Стандартную модель, текущую теорию, описывающую мир элементарных частиц. Накопив за первые три года работы коллайдера огромный объем данных, физики до сих пор изучают их со всех сторон и регулярно выпускают статьи с разными вариантами анализа.

Недавно коллаборация ATLAS, обрабатывающая данные с одноименного детектора, опубликовала несколько статей по поиску гипотетических тяжелых частиц-резонансов с массой больше 1 ТэВ (подробнее про эти поиски см. в новости ATLAS и CMS рассказывают о поисках гипотетических тяжелых частиц-резонансов). В Стандартной модели таких частиц нет; масса самых тяжелых из известных частиц, топ-кварков, — всего 0,17 ТэВ. Зато они встречаются в разнообразных моделях Новой физики. Если они реально существуют, их можно попытаться обнаружить по характерным следам распада. Регистрируя массовое рождение частиц в столкновениях протонов и сравнивая его вероятность с предсказаниями Стандартной модели, физики надеются обнаружить какие-либо расхождения и по ним выяснить свойства новых частиц.

Подобных поисков новых частиц в данных LHC было выполнено уже немало, но никакого достоверного отклонения от Стандартной модели пока не видно. Однако за эти годы накопилась целая коллекция подозрительных результатов «на грани допустимого». Такие результаты, с одной стороны, не совсем вписываются в Стандартную модель, но, с другой стороны, еще не демонстрируют достаточно сильного расхождения, чтобы можно было уверенно заявлять об открытии Новой физики.

Поиски таких отклонений в данных сеанса Run 1 продолжаются, и в недавней статье коллаборация ATLAS рапортует еще об одной находке. В этот раз физики изучали рождение двух W или Z-бозонов (частиц-переносчиков слабого взаимодействия), которые разлетаются из места рождения с очень большой энергией. Из всей накопленной статистики отбирались события с инвариатной массой этой пары больше 1 ТэВ. Таких событий набралось несколько сотен. Их распределение по инвариантной массе выглядит как плавно спадающая функция, которая в целом согласуется с теоретическими ожиданиями.

Однако в районе 2 ТэВ данные показывают резкий всплеск. Детектор зарегистрировал 8 таких событий, тогда как Стандартная модель предсказывала 2-3. Аналогичные превышения наблюдались и при изучении WW и ZZ-пар. Такой всплеск очень напоминает следы рождения и распада тяжелой частицы с массой около 2 ТэВ, например частицы-переносчика новых сил или массивного собрата гравитона.

Поскольку этот результат был получен на самом краю распределения, на пределе чувствительности детектора, нельзя утверждать, что он достоверно свидетельствует о Новой физике. Количество событий все еще мало, и этот сигнал можно, в приниципе, списать и на статистическую флуктуацию. Пока что он является лишь еще одним пунктом в списке подозрительных наблюдений по итогам первого сеанса работы коллайдера. Однако несколько ТэВ — это как раз та область, где нынешнее повышение энергии столкновений с 8 до 13 ТэВ резко увеличивает статистику событий. Поэтому ситуация должна проясниться в течение ближайшего года, после обработки первых данных нового сеанса коллайдера LHC Run 2.

Игорь Иванов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.