Новые измерения редких распадов B+ мезонов заинтриговали физиков

Пятница, 20 ноября 2020

В октябре 2020 года эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), рассказал о новых измерениях, проведенных для редкого распада BK*+μ+μ. Амплитудный анализ указывает на отличие полученных результатов от предсказаний Стандартной модели, наблюдаемый в другом распаде: BK*0μ+μ.

Изучение распадов очарованных и прелестных адронов, в которых в конечном состоянии формируется e+e- или μ+μ-пара, – это одно из ключевых направлений экспериментального поиска указаний на проявление эффектов, лежащих за пределами Стандартной модели физики частиц (СМ). В рамках СМ такие переходы подавлены в первом порядке теории, так как распады под действием слабых сил идут в основном за счет испускания заряженных W±-бозонов (или обмена этими частицами-переносчиками слабого взаимодействия). W±-бозоны могут формировать только пару, состоящую из заряженного и нейтрального лептонов: W→lνl. Переходы с образованием e+e- или μ+μ-пар возможны в более высоких порядках теории. Они обеспечиваются так называемыми петлевыми диаграммами (см. рисунок 1), когда в промежуточном состоянии возникают несколько массивных частиц СМ. Вероятности таких распадов очень малы. Для D-мезонов они порядка 10–13, а для B-мезонов порядка 10–6–10–9, причем для последних предсказания СМ довольно надежны. На фоне таких малых величин могут проявлять себя эффекты Новой физики (НФ). При этом регистрация таких каналов распада относительно проста, поэтому они и являются ключевыми для поиска НФ.

За десятилетия работы БАК выпущено множество работ, посвященных исследованию таких процессов. Одним из самых интригующих результатов этих измерений стала так называемая P5’-аномалия, возникающая при амплитудном анализе распадов BK*0(→)μ+μ. Исследуя угловые распределения продуктов распада, экспериментаторы проводят сравнение накопленных данных с предсказаниями СМ. Для одной из наблюдаемых величин, обозначаемой P5, данные свидетельствуют о расхождении теории и эксперимента в области квадрата масс μ+μ-пары q2=4-8 ГэВ2/c4. Сейчас обработаны данные, набранные в 2011-12 гг. и в 2016 г. (см. рисунок 2).

На проходившей этой осенью миниконференции Implications of LHCb measurements and future prospects эксперимент представил измерения для новой цепочки распада BK*+(→KS0(→π+π)π+)μ+μ. Для неё также имеются довольно точные теоретические предсказания. Экспериментально полученные значения для наблюдаемой P5 в области квадрата масс мюонной пары 4-8 ГэВ2/c4 также легли выше теоретически предсказанных значений. Конечно, если бы не было измерений для BK*0μ+μ канала, то физики вряд ли бы обратили внимание на столь незначительное расхождение, но небольшой сдвиг в сторону уже известной аномалии интригует.

Сейчас экспериментаторы работают в тесном сотрудничестве с теоретиками и уже на стадии анализа данных пытаются понять: «Какому из сценариев НФ соответствует отклонение?» В результате анализа всех наблюдаемых для B+→K*+μ+μ распадов было получено указание на то, что описание процесса можно улучшить, если ввести в рассмотрение эффекты НФ. Статистическая значимость улучшения составляет чуть более трех стандартных отклонений. Следует заметить, что точно такая же НФ улучшит и описание BK*0μ+μ канала (также примерно на уровне 3σ)!

Отметим, что пока результаты исследования B+→K*+μ+μ распадов носят предварительный характер. Подробнее с анализом можно познакомиться, изучив презентацию LHCb. В заключение следует отметить, что сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» -ПИЯФ принимают активное участие в работе эксперимента LHCb. Сотрудники Отделения физики высоких энергий Института отвечают за Мюонную систему эксперимента. Бесперебойная работа детектора мюонов крайне необходима для анализа редких распадов с испусканием мюонной пары.

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