Теоретики недооценили частоту одновременного рождения двух топ-кварков и W-бозона

Физики из коллабораций ATLAS и CMS сообщили о результатах измерения вероятности одновременного рождения двух топ-кварков и W-бозона в результате столкновений протонов на Большом адронном коллайдере. Оказалось, что это происходит немного чаще, чем предсказывают теоретики. И хотя статистическая значимость отклонения невелика, новые данные послужат уточняющим фактором при исследовании схожих процессов. Об исследовании сообщает пресс-релиз коллабораций, а также доклад на 57-й конференции Rencontres de Moriond.

Столкновение двух частиц в коллайдере может закончиться множеством различных сценариев. Это случайный процесс, и, согласно законам квантовой физики, ученые не могут точно предсказать его исход. Но они могут вычислить и измерить вероятности того или иного канала реакции — в этом по большей части заключается главная задача в физике элементарных частиц.

В Большом адронном коллайдере сталкиваются протоны — и количество возможных конечных и промежуточных состояний в этом случае велико. Оно становится тем больше, чем больше энергия сталкивающихся протонов, которая растет в каждом новом сезоне работы коллайдера. С одной стороны, это усложняет и утяжеляет работу ученых, но с другой — дает больше возможностей для сравнения теории и эксперимента.

В частности, мощности БАКа оказалось достаточно, чтобы детекторы ATLAS и CMS смогли достоверно увидеть рождение сразу четырех топ-кварков — редкое событие в силу их большой массы. Другим важным процессом, который привлек внимание физиков из этих коллабораций, стало одновременное рождение топ-кварка и его античастицы вместе с W-бозоном (ttW-процесс).

Согласно данным, собранным за второй сезон работы коллайдера, ttW-процесс происходит чаще, чем ожидают теоретики. Это зафиксировали обе коллаборации. При этом результаты ATLAS согласуются с теорией, предсказывающей, что W-бозоны в два раза чаще имеют положительный заряд, чем отрицательный, а вот результаты CMS слегка от этой цифры отклоняются.

Сами по себе отклонения не слишком статистически значимы: не более двух стандартных отклонений. Тем не менее, ttW-процессы — это фон, который нужно вычитать при поиске более редких процессов, например, рождения четырех топ-кварков или рождения двух топ-кварков вместе с бозоном Хиггса. Поэтому разобравшись с возникающими здесь неопределенностями, физики смогут повысить точность других измерений.

Ранее мы рассказывали, как физики из ATLAS уточнили массу W-бозона, и она сошлась с предсказаниями Стандартной модели. Это было важно сделать в свете новостей, поступивших от коллаборации CDF, которая обрабатывала данные уже закрывшегося Тэватроне — их масса отличилась от общепринятого значения сразу на семь стандартных отклонений. О том, какие последствия это может иметь для фундаментальной физики, читайте в материале «Камешек в ботинке».