Физики ЦЕРН из коллабораций CMS и LHCb обнаружили в данных, собранных Большим адронным коллайдером за первый этап его работы, следы распадов так называемых странных нейтральных В-мезонов, частота и соотношение которых указали на справедливость стандартной модели физики, говорится в статье, опубликованной в Nature.
"Поиск новых частиц и изучение редчайших видов их распада являются взаимодополняющими стратегиями, которые помогают нам искать следы новой физики. Точность, с которой мы можем измерить эти распады в наших экспериментах, постепенно и планомерно растет, что больше и больше ограничивает варианты расширения и спасения стандартной модели", — заявил Тициано Кампорези (Tiziano Camporesi), официальный представитель коллаборации CMS.
Поиск новых частиц, а также новых явлений, выходящих за границы существующей общепринятой теории — стандартной модели — физики могут вести напрямую, пытаясь зафиксировать следы рождения новых частиц при столкновении других частиц, разогнанных до высоких энергий. Таким образом был открыт три года назад бозон Хиггса.
Если энергии гипотетических частиц слишком высоки и недоступны для их получения на коллайдере, есть и другой способ — искать присутствие новых частиц непрямым способом, через их взаимодействия с кварками при распаде частиц. Именно для этого был создан детектор LHCb. Работающие на нем физики изучают поведение частиц, в состав которых входит b-кварк ("прелестный", от английского "beauty"). Нейтральный странный B-мезон состоит из s-кварка ("странного", strange) и b-кварка.
Стандартная модель предсказывает, что распад этой частицы на два мюона должен быть крайне редким событием. Его вероятность составляет 3 на 10 в минус 9 степени — это означает, что так распадутся 3 частицы из 10 миллиардов. Подобный распад "обычного" нейтрального B-мезона происходит еще реже – один раз на 10 миллиардов.
Первые следы подобных распадов ученые, работающие с детектором LHCb, стали замечать еще в декабре 2012 года. Предварительный анализ данных, с одной стороны, показал, что частота распадов "странных" B-мезонов и соотношение между распадами "странных" и просто "нейтральных" частиц в точности соответствовал предсказаниям стандартной модели, а с другой — раскрыл странности в характере продуктов распада нейтральных В-мезонов, несовместимыми с ней.
Изначально, как отмечают Кампорези и его коллеги, ученые ЦЕРН не могли заявить о совершении открытия, так как его статистическая значимость была ниже "волшебной" для физики частиц отметки в пять-сигма. Для преодоления этого барьера представители LHCb объединили усилия с коллаборацией CMS, на детекторах которой тоже были найдены следы распадов B-мезонов.
Объединение результатов работы LHCb и CMS прошло успешно: частота распадов и их соотношение не изменилось, а статистическая значимость выросла до показателя в 6,2 сигма для "странных" В-мезонов и до 3,2 для их нейтральных кузенов. В общей сложности за первый период работы БАК ученые зафиксировали около ста распадов нейтральных странных В-мезонов, и около 10 распадов нейтральных В-мезонов.
Полученные результаты, как констатируют физики, подтверждают то, что стандартная модель корректно описывает этот редчайший вид распада элементарных частиц. Данное открытие, как уже отмечалось в 2012 году, почти полностью исключает вероятность того, что теории суперсимметрии, расширяющие стандартную физику, могут быть верными. С другой стороны, проблемы с нейтральными В-мезонами никуда не исчезли, и ученые попытаются найти ответы на них после перезапуска БАК.