В октябре на международной конференции Rencontres de Blois эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), представил результаты проверки лептонной универсальности в двух каналах распада прелестных мезонов: B+ → K*+l+l– и B0 → KS0l+l– (l = µ, e). Исследования подтвердили тренд, наметившийся в подобных измерениях: соотношение парциальных ширин мюонного и электронного каналов оказалось меньше ожидаемого.
Одним из свойств Стандартной Модели физики элементарных частиц (СМ), – теории, прекрасно описывающей микромир, является лептонная универсальность (ЛУ). Под этим термином понимают то, что разница между лептонами различных поколений, то есть между электронами (e), мюонами (µ) и тау-лептонами (τ), обусловлена только различной массой этих частиц. При этом константы слабого и электромагнитного взаимодействий для них идентичны.
Экспериментальная проверка ЛУ ведется для многих процессов, однако небольшое отличие от теории наблюдается лишь в редких распадах прелестных адронов. Например, в СМ на кварковом уровне, для того чтобы b-кварк превратился в s-кварк, нужно привлечь несколько уже известных массивных виртуальных частиц. Именно поэтому вероятность подобных распадов подавлена. Небольшой вклад новых (гипотетических) фундаментальных полей и частиц может проявляться на фоне столь редких процессов СМ. Например, Новая физика может нарушать ЛУ, поэтому проверка этого принципа является одним из мощнейших косвенных методов поиска новых явлений.
Для примера, пусть Новая физика заключается в существовании тяжелых лептокварков, причем константа взаимодействия кварк-лептон-лептокварк различна для электронов и мюонов. На рисунке 1 приведены кварковые диаграммы для распадов B0 → KS0µ+µ–, отражающие как механизмы СМ, так и влияние таких гипотетических лептокварков (LQ). Амплитуда, соответствующая диаграмме с лептокварком, будет различна для процессов распада с e+e– и µ+µ– парами в конечном состоянии. Это отразится на соотношении вероятностей таких распадов.
Наиболее интересным для наблюдений являются RKS0 и RK*+, измеренные для малых квадратов масс лептонной пары (q2 6 ГэВ2/с4). В этом диапазоне сильно подавлено влияние адронных резонансов, распадающихся по лептонным каналам. Основные результаты работы представлены на рисунке 3. Индивидуально, отношения RKS0 и RK*+ находятся в согласии с предсказаниями СМ. Статистическая значимость отклонений составляет всего 1.4 и 1.5σ. Совместно, эти два наблюдения отклоняются от предсказаний СМ на два стандартных отклонения.
С одной стороны, в физике элементарных частиц отклонение на 2σ не считается чем-то экстраординарным. Однако, на сегодняшний день существует уже шесть отклонений уровня 1.5 – 3.5 σ в сторону малых значений R для наблюдаемых подобного рода. Суммарно эти эффекты уже не списать на индивидуальные статистические флуктуации, а значит имеет место либо неучтенные систематические эффекты, либо проявление чего-то нового, вызывающего нарушение ЛУ!
Получить более подробную информацию об этом исследовании можно из препринта LHCb, материалах, представленных на международной конференции Rencontres de Blois, а также из материалов семинара, который прошел в ЦЕРН. Также следует отметить, что физики НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ внесли существенный вклад в создание и обслуживание детектора LHCb. Так, для мюонной системы, которая сыграла ключевую роль в представленных измерениях, в Институте были изготовлены мюонные камеры. Сотрудники Отделения физики высоких энергий «Курчатовский институт» – ПИЯФ участвуют в проведении эксперимента, обеспечивая стабильную работу мюонной системы LHCb.