В октябре 2020 года эксперимент CMS, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), выпустил новую экспериментальную работу по поиску признаков существования частиц и фундаментальных взаимодействий, которые не входят в Стандартную модель (СМ). Физики проверили насколько согласуются с СМ экспериментальные данные для десятков различных категорий записанных событий.
В начале работы БАК экспериментальный поиск «механизма», дающего массу векторным бозонам W± и Z0, являлся приоритетной задачей экспериментов ATLAS и CMS. В руках у экспериментаторов было два хорошо проработанных теоретических сценария в рамках СМ: Энглера-Браута-Хиггса, следствием которого является существование бозона Хиггса (H) и теория техницвета при сверхсильном взаимодействии электрослабых векторных бозонов (см. обзор журнала УФН, выпущенный до запуска БАК). После экспериментального открытия хиггсовской частицы в 2012 году на первый план вышел поиск частиц и взаимодействий так называемой Новой физики (НФ). Однако, теперь, в отличии от ситуации с поиском H, в руках у экспериментаторов нет жестко ограниченного класса теоретических моделей. Вариантов теорий НФ очень много и для каждой их них есть ключевые каналы поиска. Уже выпущены сотни экспериментальных работ, проверяющих конкретные варианты реализации НФ. При этом существует опасность не заметить проявлений НФ, если они «равномерно распределены» по исследуемым каналам. Для того, чтобы исключить такую возможность, сотрудники эксперимента CMS провели анализ глобальной согласованности полученных экспериментальные данных с предсказаниями СМ для десятков различных категорий записанных событий. Анализ получил название Model Unspecific Search in CMS или сокращенно MUSiC. Его результаты были направлены для публикации в рецензируемом научном журнале в октябре 2020 года.
Естественно, для того чтобы провести такую категоризацию экспериментально зафиксированных событий, нужно задаться некоторыми пороговыми значениями по энергиям частиц. Дальше количество событий в каждой категории нужно сравнить с предсказаниями СМ.
Чтобы предсказать количество событий в каждой категории, необходимо учесть все возможные процессы СМ. Это включает: генерацию процессов в соответствии с сечениями (вероятностями), задаваемыми параметрами СМ, трассировку этих событий в компьютерной модели эксперимента, учитывающей как геометрию детектора и законы прохождения частиц через вещество, так и пороги, в соответствии с которыми была проведена категоризация событий. Так как СМ содержит относительно мало параметров, одни и те же процессы дают вклад в различные категории событий. Соотношение ожидаемого сигнала для разных категорий оказывается строго определено. Такой подход имеет предсказательную силу даже для гипотетического сценария, в котором НФ оказывается относительно равномерно «размазана» на фоне СМ (дает небольшой вклад сразу в несколько каналов).
Пока анализ проведен лишь для данных 2016 года. В скором времени можно ожидать результатов, основанных на данных 2017-2018 годов. Подробнее об этой работе можно узнать из препринта научной статьи, а также из заметки на сайте CMS. Сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ принимают активное участие в работе эксперимента CMS.