Фото: AP
Комп'ютерне зображення процесів в БАК
Отримані результати підтвердили, що стандартна модель коректно описує цей рідкісний вид розпаду елементарних частинок.
Фізики CERN з колаборацій CMS і LHCb виявили в даних, зібраних Великим адронним колайдером за перший етап його роботи, сліди розпадів так званих дивних нейтральних В-мезонів, частота і співвідношення яких вказали на справедливість стандартної моделі фізики, говориться в статті, опублікованій в Nature.
"Пошук нових частинок і вивчення рідкісних видів їхнього розпаду є взаємодоповнюючими стратегіями, які допомагають нам шукати сліди нової фізики. Точність, з якою ми можемо виміряти ці розпади в наших експериментах, поступово і планомірно зростає, що більше і більше обмежує варіанти розширення і порятунку стандартної моделі", - заявив Тіциано Кампорезі, офіційний представник колаборації CMS.
Пошук нових частинок, а також нових явищ, що виходять за межі існуючої загальноприйнятої теорії - стандартної моделі - фізики можуть вести безпосередньо, намагаючись зафіксувати сліди народження нових частинок при зіткненні інших частинок, розігнаних до високих енергій. Таким чином був відкритий три роки тому бозон Хіггса.
Цілі перезапуску Великого адронного колайдера
Якщо енергії гіпотетичних частинок надто високі і недоступні для їхнього отримання на колайдері, є й інший спосіб - шукати присутність нових частинок непрямим способом, через їхню взаємодію з кварками при розпаді частинок.
Саме для цього був створений детектор LHCb. Працюючі на ньому фізики вивчають поведінку частинок, до складу яких входить b-кварк ("чарівний", від англійського "beauty"). Нейтральний дивний B-мезон складається з s-кварка ("дивного", strange) і b-кварка.
Стандартна модель передбачає, що розпад цієї частки на два мюони повинен бути вкрай рідкісною подією. Його ймовірність становить 3 на 10 в мінус 9 ступені - це означає, що так розпадуться 3 частки з 10 мільярдів. Подібний розпад "звичайного" нейтрального B-мезона відбувається ще рідше - один раз на 10 мільярдів.
Перші сліди подібних розпадів вчені, які працюють з детектором LHCb, стали помічати ще в грудні 2012 року. Попередній аналіз даних, з одного боку, показав, що частота розпадів "дивних" B-мезонів і співвідношення між розпадами "дивних" і просто "нейтральних" частинок в точності відповідала прогнозам стандартної моделі, а з іншого - розкрила дивацтва в характері продуктів розпаду нейтральних По-мезонів, несумісними з нею.
Спочатку, як зазначають Кампорезі і його колеги, вчені CERN не могли заявити про здійснення відкриття, оскільки його статистична значимість була нижчою від "чарівної" для фізики частинок позначки в п'ять-сигма. Для подолання цього бар'єру представники LHCb об'єднали зусилля з колаборацією CMS, на детекторах якої теж були знайдені сліди розпадів B-мезонів.
Об'єднання результатів роботи LHCb і CMS пройшло успішно: частота розпадів і їхнє співвідношення не змінилося, а статистична значимість зросла до показника в 6,2 сигма для "дивних" В-мезонів і до 3,2 для їхніх нейтральних кузенів. В цілому за перший період роботи ВАК учені зафіксували близько ста розпадів нейтральних дивних В-мезонів, і близько 10 розпадів нейтральних В-мезонів.
Отримані результати, як констатують фізики, підтверджують те, що стандартна модель коректно описує цей рідкісний вид розпаду елементарних частинок. Дане відкриття, як вже зазначалося в 2012 році, майже повністю виключає ймовірність того, що теорії суперсиметрії, що розширюють стандартну фізику, можуть бути вірними. З іншого боку, проблеми з нейтральними В-мезонами нікуди не зникли, і вчені спробують знайти відповіді на них після перезапуску ВАК