Поиск Новой физики в редких распадах прелестных частиц

Пятница, 04 сентября 2020

Изучение редких распадов прелестных частиц – одна из главных стратегий поиска физики за пределами Стандартной модели (СМ) в экспериментах на Большом адронном коллайдере (БАК). На конференции ICHEP-2020, которая считается главным событием в физике высоких энергий, эксперименты ATLAS, CMS и LHCb представили результаты нескольких новых измерений. Данные вполне согласуются с предсказаниями, сделанными в рамках СМ.

В СМ основным механизмом превращения кварков одного аромата в другой являются заряженные токи (обмен W± бозонами). Такие переходы обеспечивают превращения «верхних» кварков (uct) в «нижние» (dsb) и наоборот. Переходы же внутри этих групп сильно подавлены в СМ, так как требуют привлечения сразу нескольких массивных виртуальных частиц. На фоне этих едва заметных процессов могут проявиться эффекты Новой физики — новые для нас фундаментальные частицы и взаимодействия.

В общем случае редкие распады типа B(s)0→ℓ+, B0K*0+ и др., где – это e, μ или τ-лептон, могут быть описаны в терминах так называемого операторного разложения Вильсона. При этом различные возможные варианты Новой физики оказываются сведены к набору комплексных коэффициентов (Ci = CiSM + CiNP), значение которых может быть точно рассчитано в рамках СМ. Наблюдение отклонения от CiSM для каждого отдельного коэффициента (т.е. CiNP = 0) будет означать конкретный сценарий поиска Новой физики.

На проходившей летом 2020 года большой конференции «International conference on high energy physics» (ICHEP-2020) эксперименты ATLAS, CMS и LHCb сделали совместное обновление результатов по измерению вероятности редких распадов Bs0μ+μ− и B0μ+μ. Первый из них уже обнаружен, а для второго пока доступны лишь ограничения сверху на величину вероятности распада. В результате совместного анализа данных, набранных в ходе сеансов 2011-12 и 2015-2016 годов, были получены так называемые контуры вероятности (рисунок 1) для парциальных ширин этих распадов. Квадратиком показано наиболее вероятное значение совместного анализа. Первый контур, нарисованный вокруг центрального значения, с вероятностью 68% (1σ-уровень) содержит истинное «положение» исследуемого параметра. Второй контур содержит его с вероятностью 95.5% (2σ), третий 99.7% (3σ) и так далее. Из представленного рисунка следует, что измерения расходятся с предсказаниями СМ на уровне примерно двух стандартных отклонений. Этого мало, чтобы говорить даже об указании на статистически значимое расхождение.

Пока в обработке находятся данные, набранные в 2017-2018 годах. Если исходить из интегральной светимости (количества записанных протон-протонных соударений), то можно ожидать увеличение статистической точности почти в полтора раза. Распады этого типа позволяют ввести ограничения на вильсоновские коэффициенты СS,P и C10, которым соответствуют расширения СМ, содержащие расширенный хиггсовский сектор частиц и модели с суперсимметричными частицами.

Другим интересным результатом, представленным на ICHEP-2020, стало изучение поляризации фотонов для b переходов. Предварительные данные представил эксперимент LHCb. В СМ для фотонов, образовавшихся в таких редких переходах, разрешено только одно поляризационное состояние («левое»). Наблюдение «правой» компоненты было бы указанием на существование тяжелого партнера для W-бозона.

Для измерения поляризации LHCb использовал виртуальные фотоны, которые образовывают e+e-пару. Вклады различных поляризаций были получены из анализа углов вылетов частиц, образовавшихся в цепочке распадов B0K*0(→K+π)e+e. Проанализировав все доступные экспериментальные данные, физики выделили 530 событий-кандидатов таких распадов для интересующей области фазового объема (рисунок 2).

Проведенный анализ оказывается очень чувствителен к значениям вильсоновского коэффициента C7. На рисунке 3 приведены ограничения на вещественную и мнимую части C7NP, полученного в представленном анализе данных и в более ранних измерениях, проведенных для других каналов распада B. Результат согласуется с предсказаниями СМ. При этом, фактически, точность нашего знания C7NP определяется новым измерением.

Представленные результаты пока носят предварительный характер. Однако, как показывает практика, процедуры внутреннего рецензирования экспериментов БАК выстроены так хорошо, что окончательные результаты очень редко отличаются от предварительных. В заключение следует отметить, что сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ участвуют в работе всех упомянутых экспериментов БАК.

Теги
фгбу пияф им. Б. П. Константинова Национальный исследовательский центр Курчатовский институт