11 ноября 2020

Физики улучшили точность проверки унитарности матрицы кваркового смешивания

Штаб-квартира ЦЕРН

Эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), объявил об улучшении точности измерения угла γ треугольника унитарности матрицы кваркового смешивания. Точность определения этого параметра достигла 5 градусов. Измерения согласуются с предсказаниями Стандартной модели физики элементарных частиц (СМ).

Кварковый сектор пока что остается единственным уголком СМ, где обнаружено несохранение CP-четности. Нарушение CP-инвариантности возникает как следствие наличия неустранимой комплексной фазы у элементов матрицы, описывающей слабые взаимодействия в кварковом секторе СМ (матрицы Кабиббо-Кобаяши-Маскавы, ККМ-матрицы). Элементы этой 3×3-матрицы, – девять комплексных чисел Vij, где индекс i соответствует одному из верхних кварков (u, c, t), а индекс j – одному из нижних кварков (d, s, b). Они связывают собственные состояния кварков по аромату с собственными состояниями по слабому взаимодействию. Эти величины входят в амплитуды слабых переходов с изменением аромата, которые в СМ связаны с испусканием W ± бозонов. Vij обеспечивают различные вероятности распадов частиц и античастиц (прямое CP-нарушение), а также различные вероятности переходовh0 → h0 и h0 → h0 в процессе смешивания электрически-нейтральных мезонов (косвенное нарушение CP-инвариантности). Все эти эффекты описываются лишь четырьмя числами, задающими все 9 комплексных элементов ККМ-матрицы. Такое радикальное уменьшение числа параметров является следствием унитарности матрицы кваркового смешивания. Проверка унитарности ККМ-матрицы – один из методов косвенного поиска физических эффектов, находящихся за пределами описания при помощи СМ. Экспериментальное обнаружение нарушения унитарности будет означать, что Новую физику (новые  фундаментальные частицы и взаимодействия) нужно искать в кварковом секторе СМ.

Более подробные теоретические расчёты см. по ссылке ниже.

Следует отметить, что в отличии от многих других измерений точность определения угла γ зависит в основном от набранной экспериментальной статистики. С теоретической точки зрения нет никаких препятствий для улучшения точности.  Поэтому ожидается, что наши знания о γ будут улучшены в ходе следующих этапов работы БАК. Подробнее с процедурой и результатами измерения можно ознакомиться из препринта статьи, направленной в реферируемый научный журнал. В заключение следует отметить, что сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ принимают активное участие в работе эксперимента LHCb и являются соавторами этой научной работы.