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

Распад нейтрального B-мезона отклонился от прогнозов Стандартной модели

Вершинный детектор VELO (VErtex LOcator) комплекса LHCb, который регистрирует рождение частиц в области протон-протонного столкновения

CERN

Физики провели самый точный на сегодняшний день анализ измерений распада B-мезона на детекторе LHCb. Данные эксперимента не согласуются с теоретическими предсказаниями Стандартной модели, однако величина этого расхождения зависит от выбора неизвестных параметров. Препринт работы опубликован на сервере документов CERN.

Одна из основных задач детектора LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) — поиск наблюдаемых отклонений от Стандартной модели в распадах прелестных адронов — то есть элементарных частиц, в состав которых входит прелестный (beauty, b-) кварк или его антикварк. К этому классу частиц относится B0-мезон — электрически нейтральная нестабильная система из b-антикварка и d-кварка. В экспериментах LHCb B0-мезоны образуются в протон-протонных столкновениях и вскоре после этого распадаются по различным модам (то есть разными способами). В одном из сценариев распада рождаются нейтральный каон в возбужденном состоянии (K*0), а также пара из мюона и антимюона (μ и μ+). Регистрируя продукты распада на детекторе, можно сверять их распределение по направлению движения с прогнозом, который дает Стандартная модель. Главная проблема заключается в статистической обработке данных: чтобы сравнивать экспериментальные и теоретические данные, необходимо правильно определить погрешности определения тех и других величин.

Ученые из коллаборации LHCb при участии Рула Аай (Roel Aaij) из Национального института субатомной физики Nikhef в Амстердаме провели наиболее точный на сегодняшний день анализ измерений распадов B0-мезона с образованием K*0 и пары μ+μ. Соответствующие эксперименты на ускорителе проводились в 2011, 2012 и 2016 годах.

Прежде всего ученые избавились от искажения данных, к которому приводят фоновые события, то есть реакции с образованием других частиц. Авторы исключили из рассмотрения диапазоны энергии, характерные для других каналов распада, а для остального фона — использовали компьютерный алгоритм, который позволил подавить 97 процентов шума при сохранении 85 процентов сигнала. Чтобы оценить систематические погрешности, отвечающие неточностям в том или ином параметре, исследователи проделали ряд псевдоэкспериментов — то есть симуляций на основе реального опыта, в которых измерялось различие итоговых данных при вариации входных величин. В теоретических расчетах на основе Стандартной модели учитывались поправки на формфакторы частиц и соответствующие эффекты квантовой хромодинамики для характерных дистанций.

В результате физики установили, что отклонение экспериментальных величин от теоретических составляет около 3,3σ — с точки зрения статистики это подвергает прогнозы Стандартной модели серьезному сомнению. Авторы отмечают, что величина отклонения зависит от выбора диапазонов энергии. Так, если не принимать во внимание данные из региона с наибольшим смещением относительно прогнозов, расхождение уменьшается до 2,7σ. Кроме того, на результат может влиять обработка «мешающих» параметров модели — вспомогательных неизвестных величин, которые не являются искомыми значениями.

За последнее время данные LHCb помогли достичь и других важных научных результатов. Так, в прошлом году физики объявили об открытии нового пентакварка и впервые заметили асимметрию между материей и антиматерией в распадах D-мезона.

Николай Мартыненко

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.