Обнаружено еще одно отклонение от Стандартной модели

Новый анализ редкого распада B_s-мезона подтвердил и даже усилил подозревавшуюся раньше несостыковку со Стандартной моделью. Это еще один пункт в растущем списке таких отклонений по результатам работы коллайдера, что намекает на возможное скорое открытие Новой физики. Результат был получен коллаборацией LHCb и представлен в ее недавнем препринте arXiv:1506.08777, также его разбор можно прочитать на «Элементах».

Главной научной задачей Большого адронного коллайдера во время нового сеанса работы LHC Run 2 станет поиск Новой физики — теории, которая должна прийти на смену господствовавшей полвека Стандартной модели. Во время первого сеанса, LHC Run 1, физики выполнили сотни анализов данных в поисках отклонений от Стандартной модели, однако ни одного достоверного расхождения пока не найдено. Тем не менее, кое-какие отличия имеются, и по мере того, как исследовательские группы обрабатывают данные, этот список пополняется.

Коллаборация LHCb, которая на днях выдала сенсационное сообщение об открытии пентакварка, недавно представила еще один результат, не вписывающийся в Стандартную модель. Так же, как и в истории с пентакварком, речь идет про распады прелестных адронов и поиск в них отклонений от стандартных ожиданий. В этом конкретном случае изучался редкий распад B_s-мезонов на φ-мезон и мюон-антимюонную пару (вверху). Во время этого распада происходит редкий кварковый процесс — превращение b-кварка в s-кварк. Это кварки с одинаковым зарядом, а в Стандартной модели такое превращение очень затруднено. Зато оно прекрасно идет во многих моделях Новой физики, что открывает прямую дорогу к их проверке.

Физики уже давно изучают процессы такого типа. Более того, два года назад та же коллаборация LHCb начала подозревать, что в этом, а также в другом, похожем распаде, не все сходится с предсказаниями Стандартной модели. Однако тогда, в 2013 году, была обработана лишь треть всей накопленной статистики. Поэтому физики давно ждали от LHCb окончательного отчета об изучении этого распада на основе всего набранного объема данных.

Две недели назад эти результаты, наконец, появились. Среди многочисленных величин, измеренных в этом распаде, особенный интерес представляет распределение по инвариантной массе мюонной пары (ниже). Опять же, по аналогии с пентакварковым анализом, здесь исходная частица распадается на три дочерних частицы, и это позволяет строить распределения по инвариантной массе любой пары.

Новые данные подтверждают аномалию двухлетней давности; более того, она даже слегка усилилась. В области небольших инвариантных масс по-прежнему наблюдается существенная нехватка числа событий по сравнению с предсказаниями Стандартной модели. Статистическая значимость расхождения сейчас составляет 3,5 стандартных отклонений, что, хотя и не тянет на полноправное открытие, заставляет относиться к наблюдению очень серьезно. Добавим, что по сравнению с 2013 годом теоретические расчеты стали более точными и проработанными; пытаться списать обнаруженное расхождение на какой-то неучтенный адронный эффект теперь будет затруднительно.

Что касается теоретической интерпретации обнаруженной аномалии, то ничего определенного здесь пока сказать нельзя. Ясно лишь, что это не может быть какой-то новой частицей, по аналогии с пентакварком в прошлом анализе. Мюонная пара — это не адроны, их спектр изучен вдоль и поперек, никаких новых легких частиц там в принципе быть не может. Кроме того, в отличие от пентакварковой истории, тут отклонение в отрицательную сторону — не превышение, а недостача событий. Это значит, что здесь наблюдается какой-то более тонкий эффект, связанный с интерференцией разных механизмов распада. Так или иначе, слово теперь за теоретиками, которые должны объяснить его в рамках тех или иных предположений.

Игорь Иванов