Новые исследования редких распадов Bs0 на LHCb

Четверг, 03 июня 2021

В конце мая эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), выпустил новую работу по исследованию распадов типа Bs0 → h0(→K+K+μ, где h0 соответствует адрону. Для распада Bs0 → φμ+μ наблюдается указание на отклонение измеренной вероятности от предсказаний Стандартной Модели. Также физикам впервые удалось экспериментально зафиксировать распад Bs0 → f2’(1525)μ+μ.

Современная теория элементарных частиц – Стандартная Модель (СМ) – обладает большой предсказательной силой. В рамках этой теории можно довольно точно вычислять вероятности рождения и распада различных частиц. Естественно, экспериментаторы пытаются проверять предсказания СМ. Особенно важна экспериментальная проверка редких феноменов СМ, ведь на их фоне могут проявляться новые, еще неизвестные нам, фундаментальные частицы и взаимодействия. Одним из многообещающих секторов косвенного поиска Новой физики являются редкие распады с испусканием ди-лептонных пар (e+e или μ+μ). В СМ такие переходы сильно подавлены, однако их характеристики поддаются расчету. Экспериментально исследуются вероятности таких распадов и их угловые характеристики (123), а также в процессах такого типа производится проверка лептонной универсальности (4, 5678).

Одним из указаний на отклонение экспериментальных данных от предсказаний СМ было расхождение теоретической и измеренной вероятностей распада типа Bs0 → φμ+μ. Оно проявлялось в области малых масс системы мюонов (q). Измерения были сделаны LHCb с использованием данных, набранных в 2011-12 гг. в ходе первого этапа работы БАК. И вот недавно коллаборация LHCb представила объединенные результаты для обоих этапов работы ускорителя.

Мезон φ(1020) хорошо восстанавливается по распаду на пару K+K. Соответственно выделяются четырех-частичные конечные состояния K+Kμ+μ. Главной трудностью при измерении вероятности распада становится вычисление эффективности регистрации системы таких частиц. Тут на помощь физикам приходит сама Природа. Дело в том, что для Bs0 мезона довольно велика вероятность распасться по каналу φJ/ψ(→ μ+μ). Частица J/ψ – это чармониевый резонанс, связанное состояние с- и анти-с-кварков. На рисунке 1 показаны распределения событий по массе системы K+Kμ+μ для сигнального и контрольного каналов.  Измеряется отношение вероятностей распадов Bs0 → φμ+μ и Bs0 → φJ/ψ(→ μ+μ), а величина отношения их эффективностей намного лучше контролируется, ибо многие систематические эффекты сокращаются.

Измеренные вероятности распадов для канала Bs0 → φμ+μ в зависимости от величины q2 приведены на рисунке 2. Там же показаны результаты предыдущих измерений и предсказания теоретических расчетов. Видно, что экспериментальные точки лежат систематически ниже предсказаний. Для диапазона q2 от 1,1 до 6,0 ГэВ2/c4 отклонение составляет 3,6σ, что позволяет говорить об указании на отклонения данных от предсказаний СМ. Пока нельзя с уверенностью сказать, что получено указание на проявление Новой физики, однако представленный результат интригует.

Также в выпущенной работе сотрудники LHCb сообщают об обнаружении в этом же конечном состоянии (K+Kμ+μ) проявления другого редкого распада: Bs0 → f2’(1525)μ+μ. Сигнал от перехода f2’(1525) → K+K проявляется в спектре масс системы каонов (см. рисунок 3). Статистическая значимость наблюдения составляет 9 стандартных отклонений. Этот канал распада интересен тем, что впервые наблюдается проявление резонанса со спином 2 для редких распадов прелестных частиц, протекающих с испусканием мюонной пары. В будущем физики надеются использовать этот канал распада для проверки предсказаний СМ.

В заключение следует отметить, что физики НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ внесли существенный вклад в создание и обслуживание детектора LHCb. Так для мюонной системы, которая сыграла ключевую роль в представленных измерениях, в Институте были изготовлены мюонные камеры. Сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ участвуют в проведении эксперимента, обеспечивая стабильную работу мюонной системы LHCb.

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