B-мезон предпочел распадаться на электроны вместо мюонов

CERN, LHCb YETS 2018

Проанализировав данные первого и второго сезонов работы Большого адронного коллайдера физики обнаружили, что соотношение скоростей распада B-мезонов на пару мюон-антимюон и на пару электро-позитрон равно 0,846. Это факт нарушает принцип универсальности ароматов лептонов, согласно которому скорости распада должны быть одинаковыми. Результаты представлены на конференции Rencontres de Moriond и на семинаре в CERN, почитать подробнее про открытие можно в опубликованном препринте на сайте arXiv.org.

Коллаборация детектора LHCb Большого адронного коллайдера, как и следует из названия, занимается изучением поведения прелестного b-кварка. В частности ученые изучают семейство B-мезонов, состоящее из четырех частиц с общим прелестным антикварком и верхним кварком (B+), нижним кварком (B0), странным кварком (BS0) или очарованным кварком (BC+). Их распад уже притягивал к себе внимание физиков в поисках новой физики — например, распад заряженного B+-мезона на мюоны не вписывается в Cтандартную модель.

Согласно Стандартной модели распады, задействующие разные ароматы заряженных лептонов (электроны, мюоны (в 200 раз тяжелее электрона) и тау лептоны (в 3500 раз тяжелее электрона)), должны протекать с одинаковой вероятностью — этот принцип носит название универсальности лептонного аромата. Обычно этот принцип подтверждают, измеряя соотношение между вероятностями распада — его значение очень слабо отличается от единицы с поправками на приборную погрешность.

В этот раз группа физиков обработала данные 2017 и 2018 годов, что дополнило полтора сезона работы Большого адронного коллайдера — они искали области распада B+-мезона с образованием каона и пары мюон-антимюон, а также распад с образованием каона и электрон-позитронной пары. Эти распады являются довольно редкими — всего один распад на два миллиона распадов B+-мезона.

Чтобы уменьшить систематическую погрешность из-за несовершенства детектора, физики коллаборации использовали метод двойного отношения. Теперь ученые нормировали соотношение распадов на каон RK на соотношение распадов, задействующих распад джей-пси мезона на пары электрон-позитрон или мюон-антимюон. Значение последнего действительно близко к единице (приблизительно 0,981±0,022), однако у него есть та же погрешность от детектора.


Ученые анализировали промежуток инвариантой массы пары лептонов на промежутке от 1,1 до 6 ГэВ2. Физики получили оценку значения RK в 0,846+0,044-0,041 методом максимального правдоподобия. Это число отличается от единицы на уровне статистической значимости в 3,1 сигма. Однако чтобы точно говорить о наблюдении нарушения принципа, необходимо достигнуть уровня значимости в 5 сигма. На сегодняшний день это самое точное измерение RК с максимальной значимостью отклонения, которое позволяет уже говорить о «свидетельстве» об отклонении. Авторы предполагают одну из причин такого отклонения — в процессе распада может проявляться гипотетический лептокварк, который в отличие от бозонов Стандартной модели может по-разному взаимодействовать с лептонами.


Новое уточнение соотношения скоростей распада на каон с мюонами и каон с электронами совпадает с предыдущими менее точными значениями, но ограничило доверительный интервал до трех сигма. В будущем значение точности физики планируют увеличить за счет нового сезона работы БАК, однако в ближайшее время коллаборация поделится и другими открытиями из распадов прелестных частиц.

От редактора

После публикации заметки мы поправили неудачные формулировки в тексте, связанные со статистической значимостью результата.

Нарушения в Стандартной модели проявляются все чаще и чаще, однако ученые находят и теоретически предсказанные частицы. Буквально на прошлой неделе физики сообщили об открытии новой виртуальной бесцветной частицы — оддероне. Она состоит из нечетного числа глюонов и была предсказана в рамках теории квантовой хромодинамики.

Артем Моськин

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.