17 января 2022

На Большом адронном коллайдере проверили принцип лептонной универсальности в распадах гиперонов

На проходящей в эти дни международной конференции Lepton-Photon эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), объявил об обнаружении распада Λb0→ Λc+τ–-ντ и представил новые данные по проверке принципа лептонной универсальности для распадов такого типа. Результаты измерений находятся в согласии предсказаниями Стандартной Модели (СМ).

Мы уже не раз рассказывали о проверке принципа лептонной универсальности для редких ди-лептонных распадов "прелестных" адронов. Напомним, что с точки зрения СМ отличие в вероятности распадов, проходящих с испусканием электрона (e), мюона (μ) и тау-лептона (τ), определяется только разницей масс этих частиц. Интрига заключается в том, что эксперимент LHCb систематически «недосчитывается» распадов с образованием мюон-антимюонных пар по отношению к числу распадов с испусканием электрон-позитронных пар. Однако, это не единственная загадка современной экспериментальной физики. Для прелестных мезонов, то есть для мезонов, содержащих в своем составе тяжёлый b-кварк, наблюдается повышенная вероятность распада по каналам с испусканием τ и антинейтрино соответствующего аромата (ντ) по отношению к мюонному каналу. Говорить об обнаружении нарушения принципа лептонной универсальности в таких полулептонных распадах пока, конечно, ещё очень рано, но любые новые измерения в этой области вызывают интерес у физического сообщества.  

На проходящей в эти дни международной конференции Lepton-Photon 2021 эксперимент LHCb объявил об обнаружении распадов Λb0→ Λc+τ-ντ. Так как вероятность распада по каналу Λb0→Λc+μ–νμ уже экспериментально известна (из эксперимента DELPHI), то можно проверить соблюдение принципа лептонной универсальности.

Следует отметить, что регистрация полулептонных распадов очень трудная задача с точки зрения экспериментальной физики. Дело в том, что в таких распадах всегда образуется нейтрино, которое невозможно зарегистрировать в условиях БАК. Для распадов с образованием τ ситуация еще сложнее – в таких распадах в конечном образуются дополнительные нейтрино из распада этого лептона, а значит распад восстанавливается лишь частично. Тем не менее экспериментаторам удалось зафиксировать вклад Λb0→ Λc+τ-ντ. Для этого они полностью восстановили распад Λc+ бариона на протон, каон и пион (Λc +→pK−π+), и частично восстановили распад τ на три электрически заряженных пиона и нерегистрируемые нейтральные частицы. Эта цепочка каналов позволяет установить в какой точке пространства распались барион и тяжелый лептон и использовать топологические критерии отбора. Мультивариантный анализ позволил впервые выделить 350 событий-кандидатов распада Λb0→ Λc+τ-ντ, а также измерить вероятность этого распада по отношению к другому каналу распада прелестного бариона: Λb0→ Λc+π+π– π+.

Сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ принимают активное участие в эксперименте LHCb и являются соавторами данного исследования. Подробнее с его результатами можно познакомиться в препринте научной статьи, направленной в реферируемый журнал.