Анализ распадов B-мезона указал на возможное пятое взаимодействие

Детектор LHCb

CERN

Анализ, проведенный коллаборацией LHCb, подтвердил найденное ранее нарушение лептонной инвариантности в распадах B-мезонов. Лептонная инвариантность следует из Стандартной модели, так что обнаружение ее нарушения указывает на неполноту нашего понимания физики элементарных частиц. Самым простым объяснением этого нарушения является существование пятого фундаментального взаимодействия. Статья находится на рецензировании в Physical Review Letters, препринт выложен на сайт arXiv.org.

Стандартная модель элементарных частиц прекрасно объясняет большую часть экспериментальных данных, касающихся физики микромира. Есть, однако, явления, которые в нее не вписываются. Например, Стандартная модель включает только три фундаментальных взаимодействия из четырех – для описания гравитации нужно использовать Общую теорию относительности. Кроме того, гипотетическая темная материя и наблюдаемая асимметрия между количеством материи и антиматерии также не находят своего объяснения в рамках Стандартной модели.

Недавно были обнаружены отклонения от Стандартной модели и в области физики кварков и лептонов. Стандартная модель предсказывает лептонную инвариантность – равные вероятности протекания процессов, отличающихся заменой электрона на мюон или тау-лептон с точностью до разницы, связанной с разными массами лептонов, которую легко учесть, – и нарушение этой инвариантности было найдено в распадах B-мезонов на каон и лептонную пару. Оказалось, что если лептонная пара представляет собой мюон-антимюон, то вероятность распада B-мезона равна приблизительно 0,846 от вероятности распада с участием электрон-позитронной пары с точностью более двух стандартных отклонений (в принятой на рецензирование в Nature статье сообщается, что этот результат подтвержден уже с точностью, превышающей три стандартных отклонения).

Теперь, проанализировав результаты работы первого (2011, 2012 годы) и второго (2016-2018 годы) сезонов работы Большого адронного коллайдера, коллаборация LHCb нашла нарушение лептонной инвариантности в процессах распада B-мезонов на изоспиновых партнеров каонов, о которых мы говорили, и лептонную пару.

Из результатов анализа следует, что вероятность распада B-мезона на мюон-антимюонную пару составляет примерно 0,8 от вероятности распада на электрон-позитронную пару. Статистическая значимость составила два стандартных отклонения. Разница же между самими вероятностями распада, а не их отношением, и предсказаниями Стандартной модели составляют всего около полутора стандартных отклонений.

Авторы исследования отмечают, что измерение вероятности распада обсуждаемых каонов на электрон-позитронную пару само по себе представляет новый научный результат.

Полученные данные интересны также тем, что все отклонения от предсказаний Стандартной модели могут быть легко объяснены в рамках ее расширений, включающих пятое фундаментальное взаимодействие, дополнительные измерения пространства, суперсимметрию или лептокварки.

Ранее мы писали об обнаружении отклонения углового распределения продуктов распадов B-мезона от предсказаний Стандартной модели.

Андрей Фельдман

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.