CMS представил новые измерения редких распадов Bs0 и B0 мезонов

Четверг, 15 августа 2019

На стартовавшей в Торонто (Канада) международной конференции Lepton-Photon 2019 эксперимент CMS представил новые данные о редких распадах Bs0➝ μ+μ и B0➝ μ+μ. Вероятности этих процессов с очень хорошей точностью предсказываются теорией (Стандартной моделью, СМ) и отклонение экспериментальных результатов от теоретических предсказаний было бы указанием на существование новых фундаментальных частиц. Увы, расхождения между теорией и экспериментом при достигнутой точности обнаружено не было.

В физике микромира не редки случаи, когда новые частицы начинают проявлять себя еще до обнаружения. Хорошим примером такого проявления являлось предсказание существования с-кварка, следовавшее из очень малой вероятности распадов KL0→μ+μ. В 1970 году Шелдон Глэшоу, Джон Илиопоус и Лучано Майани указали, что проблема с теоретическим предсказанием вероятности распада KL0 мезона на пару мюонов, вытекающая из предположения о существовании только трёх кварковых полей (которым соответствуют кварки u, d и s), легко решается если постулировать существование четвертого кваркового поля (соответствующего c-кварку). Элегантность решения проблемы с распадом KL0→μ+μ вытекает из того, что в дополнение к расходящемуся интегралу (верхняя диаграмма на рис. 1) существует другой расходящийся член (нижняя диаграмма на рис. 1), который сокращает расходимость. Подобные диаграммы соответствуют изменяющим аромат нейтральным токам (Flavor Changing Neutral Currents, FCNC). Через четыре года после этого предсказания c-кварк был экспериментально обнаружен.

Сегодня физики пытаются искать указания на новые частицы в FCNC-распадах более тяжелых частиц – B-мезонов. Процессы Bs0➝ μ+μ и B0➝ μ+μ чрезвычайно редки — для того чтобы они произошли, необходимо появление нескольких промежуточных (виртуальных) очень тяжелых частиц. Если в дополнение к уже известным частицам существуют новые, то они бы могли изменить вероятность этих распадов относительно теоретически предсказанной. Распад Bs0➝ μ+μ был открыт в 2013 году благодаря совместной работе двух экспериментов Большого адронного коллайдера – CMS и LHCb.  В 2017 году LHCb, обработав больший массив экспериментальных данных, подтвердил это наблюдение. Сейчас «охота» ведется за еще более редким распадом B0➝ μ+μ. Также интерес представляет измерение так называемого эффективного времени жизни Bs0-мезона. Дело в том, что из-за процессов смешивания кварковое состояние, соответствующее Bs0 мезону, можно рассматривать как сумму двух состояний, имеющих чуть разную массу и отличающиеся времена жизни. В СМ на мюонную пару может распадаться только одно из этих состояний (более тяжелое). Эффективное время жизни было впервые измерено экспериментом LHCb в 2017 году, однако точность измерения этого параметра пока оставляет желать лучшего.

Большие надежды по измерению параметров распадов типа B(s)0➝ μ+μ возлагаются на CMS — эта экспериментальная установка работает в режиме высокой светимости, а значит может записать информацию о большем числе столкновений протонов.  На проходящей в канадском городе Торонто международной конференции Lepton-Photon 2019 эксперимент CMS представил предварительные результаты анализа данных, набранных в 2011-16 годах. В них был обнаружен сигнал от распада Bs0➝ μ+μ и измерено эффективное время жизни. Эти результаты совпали с предсказаниями СМ в пределах достигнутой на сегодняшний день точности.

Отдельный интерес представляет измерение распада B0➝ μ+μ. Дело в том, что в СМ вероятности распадов на мюонную пару для B0 и Bs0-мезонов жестко связаны, а ранее экспериментаторы наблюдали некоторый переизбыток событий в соответствующей области массового спектра. В новых (пока предварительных) результатах CMS такого отклонения не наблюдается.

Подробнее об этой экспериментальной работе CMS можно узнать из описания анализа данных. Пока в CMS и LHCb обработана лишь половина всех накопленных данных, а значит вскоре следует ожидать новых известий от этих экспериментов.

Активное участие в проведении экспериментов CMS и LHCb принимают сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ.

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