Ученые из Европейской организации по ядерным исследованиям обнаружили и подтвердили наблюдение ультраредкого распада частиц. Заряженный К-мезон (каон) распался на заряженный пи-мезон (пион_ и пару «нейтрино — антинейтрино». Этот результат открывает еще один путь для поиска новой физики, выходящей за пределы Стандартной модели физики частиц.
Ученые генерируют каоны с помощью высокоинтенсивного пучка протонов, врезающегося в неподвижную мишень. Столкновение создает пучок вторичных частиц, почти миллиард единиц в секунду, попадающих в детектор NA62. Примерно шесть процентов из них — заряженные каоны. Детектор точно идентифицирует и измеряет каждый каон и продукты его распада, за исключением нейтрино.
Коллаборация NA62 представила доклад о первой экспериментальной фиксации распада каона на заряженный пион и пару «нейтрино — антинейтрино» (K+→ π+ν̅ν) на семинаре CERN EP. Это крайне редкий процесс — согласно Стандартной модели физики частиц, менее одного из 10 миллиардов каонов распадается таким образом. Эксперимент NA62 специально разработан и построен для измерения этого распада.
«Представленное измерение K+→ π+ν̅ν становится самым редким распадом, в наблюдении которого мы точно уверены. Проведенный сложный анализ большого объема данных — результат отличной командной работы, и я очень горжусь этим результатом», — отметила Кристина Лаццерони (Cristina Lazzeroni), профессор физики элементарных частиц в Университете Бирмингема (Англия).
Доля каонов, распадающихся на пион и два нейтрино, составила около 13 на 100 миллиардов в экспериментальных данных, что примерно соответствует предсказаниям Стандартной модели физики частиц, но все же на 50 процентов выше них. Это может быть связано с еще не открытыми частицами, повышающими вероятность такого распада, но для подтверждения гипотезы нужно больше данных.
«Это кульминация долгого проекта, начатого более 10 лет назад. Искать в природе эффекты, вероятность которых порядка 10-11, — захватывающее и сложное задание. После кропотливой работы мы получили потрясающую награду за наши усилия и представили давно ожидаемый результат», — сказал профессор Джузеппе Руджеро (Giuseppe Ruggiero) из Университета Флоренции (Италия).
Представленные результаты основаны на комбинации данных, полученных во время эксперимента NA62 в 2021-2022 годах, и ранее опубликованном результате на данных 2016-2018 годы. Данные 2021-2022 годов собраны после серии модернизаций установки NA62. Исследователи ввели в использование несколько новых и улучшили действовавшие детекторы, а также модифицировали весь эксперимент для работы с на 30 процентов более интенсивным пучком протонов.
Группа ученых из Университета Бирмингема, которой сейчас руководит профессор Евгений Гудзовский (Evgueni Goudzovski), присоединилась к эксперименту NA62 на этапе проектирования в 2007 году. Обновления оборудования и усовершенствование методик анализа позволили собирать данные о распадах-кандидатах на 50 процентов быстрее благодаря новым инструментам для подавления фона.
«Привлечение лучших талантов и предоставление ответственных позиций молодым исследователям всегда было приоритетом нашей группы. Мы гордимся тем, что координатор проекта в области физики NA62 и руководитель измерений K+→ π+ν̅ν — бывшие аспиранты Бирмингема. Это привилегия работать и руководить такой энергичной и конструктивной командой», — прокомментировал профессор Гудзовский.
Распад K+→ π+ν̅ν важен для исследователей, потому что он очень чувствителен к эффектам, которые могут указывать на физику за пределами Стандартной модели. Сейчас NA62 продолжает сбор данных, и ученые надеются подтвердить или опровергнуть наличие новой физики в этом распаде в ближайшие годы.