Новости ЦЕРН: Изучение красивых переходов ароматов
Изучение редких процессов является неотъемлемой частью физики элементарных частиц, обеспечивая строгие проверки Стандартной модели. На недавней Международной конференции по физике высоких энергий (ICHEP) коллаборации CMS и LHCb представили свои последние исследования одного из таких процессов: превращения красивого кварка в странный кварк, мюон и антимюон с противоположным зарядом (b→sμ+μ–).
Переходы ароматов — когда один тип кварка превращается в другой — могут происходить только посредством слабого взаимодействия, одной из четырех фундаментальных сил. Квантовая физика описывает, как другие частицы, не участвующие непосредственно в конкретном переходе, могут влиять на то, как этот переход происходит. Если процесс происходит иначе, чем предсказывается влиянием известных нам частиц, составляющих Стандартную модель, это различие может указывать на существование еще не открытых частиц и взаимодействий.
Некоторые из этих переходов чрезвычайно редки, что делает их очень чувствительными к любым потенциальным вкладам частиц, которые могут существовать за пределами Стандартной модели. Переход b→sμ+μ– — один из таких процессов, происходящий примерно один раз на каждые десять миллионов распадов частиц, содержащих «красивые» кварки, известные как «красивые» частицы. За последнее десятилетие начали появляться признаки того, что этот переход может происходить не так, как ожидалось.
Для исследования перехода b→sμ+μ– коллаборации CMS и LHCb проанализировали распады «красивых» частиц на частицы, содержащие странные кварки, наряду с мюонами и антимюонами. Изучив шесть типов этих распадов, CMS измерила индивидуальные скорости их протекания, описываемые коэффициентами ветвления. Это первый одновременный анализ этих типов распадов, что подразумевает возможность согласованного учета связанных фоновых сигналов и источников неопределенности в данных для всех типов распадов. Хотя разница между предсказанным и измеренным коэффициентом ветвления для каждого типа распада была невелика, эта разница была постоянной для всех шести типов распадов.
Иллюстрация превращения нижнего кварка в странный кварк, мюон и антимюон (b→sμ+μ-) посредством слабого взаимодействия (Изображение: Даниэль Домингес/ЦЕРН)
Коллаборация CMS также собрала гораздо больший объем данных по этим распадам, чем использовался в предыдущих анализах — выборку, взятую из третьего, последнего запуска БАК. Во время этого запуска они использовали новый триггер, который позволил им измерить коэффициенты ветвления этих шести распадов с беспрецедентной статистической неопределенностью.
Тем временем, используя данные первого и второго запусков Большого адронного коллайдера, коллаборация LHCb проанализировала один из шести типов распадов: переход нейтрального мезона красоты, содержащего анти-кварк красоты, в возбужденный каон, содержащий странный кварк (B0→K*μ+μ–). Для этого типа распада коллаборация измерила свойство, известное как P5’, которое описывает углы, под которыми движутся частицы, образующиеся в результате распада, после их образования.
Измерения LHCb, полученные с использованием нового, независимого от модели анализа распада, показали небольшое расхождение по сравнению с предсказанием, сделанным с использованием Стандартной модели. Независимость от модели означает, что не делалось никаких теоретических предположений о том, что может происходить внутри распада. Теперь коллаборация будет стремиться включить данные Run 3 как в это измерение, так и в измерения других процессов b→sμ+μ–.
Хотя это далеко не окончательные выводы, признаки возможных противоречий со Стандартной моделью дают веские основания для дальнейшего исследования перехода b→sμ+μ–. По мере того, как исследователи получают возможность проводить все более подробные измерения редких процессов, намеки на неизвестное могут однажды стать более ясными.