Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Редкий распад D-мезона уложился в предсказания Стандартной модели

Фейнмановская диаграмма полностью лептонного распада D+-мезона

Физикам впервые удалось с достаточной систематической значимостью обнаружить канал распада D-мезона с участием тау-лептона (таона). Полученные данные позволили определить отношение вероятностей распада на мюон и тау-лептон, которое оказалось в согласии с предсказанием Стандартной модели в пределах ошибок, пишут авторы в журнале Physical Review Letters.

D-мезон — это семейство самых легких частиц, содержащих очарованный кварк или антикварк. Существует множество каналов распада этих частиц, но из-за нестабильности c-кварка для превращения необходимо изменение аромата, что может происходить только посредством слабого взаимодействия. Поэтому D-мезоны часто используются для исследования этого фундаментального взаимодействия и связанных с ним аспектов Стандартной модели физики элементарных частиц.

Один из простейших D-мезонов — D+-мезон — состоит из c-кварка и анти-d-кварка. Как и другие родственные частицы, он может распадаться несколькими десятками способов. Вероятности некоторых известны с высокой точностью, для других установлены лишь верхние ограничения. В то же время параметры схожих каналов распада можно независимо вычислить из теории. Это обстоятельство позволяет использовать экспериментальные результаты по распадам для проверки и поисков отклонения от Стандартной модели.

Физики, работающие с данными китайского электрон-позитроного коллайдера BEPC II, впервые опытным путем определили вероятность распада D+ на антитаон и тау-нейтрино. Как все полностью лептонные распады, этот процесс предполагает участие виртуального W-бозона — переносчика слабого взаимодействия. Авторы отмечают, что им впервые удалось получить данные о распаде D+ на антитаон со статистической значимостью выше 5 стандартных отклонений.

Вероятность распада оказалась равна (1,20 ± 0,24 ± 0,12) × 10−3, где второе и третье числа обозначают статистическую и систематическую погрешности, соответственно. Отношение вероятностей распадов с участием антитаона и антимюона получилось равным 3,21 ± 0,64 ± 0,43, что в пределах ошибок совпадает с теоретическим значением 2,67.

Вероятность этого процесса можно вычислить теоретически, причем в соответствующее выражение входят лишь две величины, известные с относительно невысокой точностью — константа распада и элемент матрицы Кабиббо — Кобаяси — Маскавы. Первую величину также можно независимо посчитать методами квантовой хромодинамики на решетке. Это позволяет использовать результаты для вычисления элемента матрицы, который показывает вероятность превращения кварков разных ароматов, в данном случае, из c-кварка в d-кварк. Исследователи получили значение 0,22438 ± 0,00044, что согласуется с результатами других экспериментов.

Физики ищут отклонение в значении вероятностей распада, так как оно может указывать на существование дополнительных промежуточных бозонов, которые взаимодействуют с поколениями лептонов по-разному. Подобные частицы, к которым, в частности, относится лептокварк, присутствуют во многих обобщениях Стандартной модели. Тем не менее, существуют варианты суперсимметричных теорий, в которых это число не модифицируется. К ним относится, например, двухдублетная хиггсовская модель.

Ранее распады D-мезонов использовали для поиска асимметрии между материей и антиматерией, а данные по редкому распаду B-мезонов позволили ограничить суперсимметрию. Также недавно физики увидели новый пентакварк и «раздвоение» старого.

Тимур Кешелава

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.