Пресс-центр

LHCb ищет распады, нарушающие закон сохранения лептонного числа

Эксперименты Большого адронного коллайдера продолжают искать различные проявления Новой физики. Недавно, эксперимент LHCb выпустил научную работу, посвященную поискам распадов прелестных мезонов, в которых нарушается закон сохранения лептонного числа. Эти процессы обнаружены не были и ученые установили предел на вероятность их протекания.

Лептонные числа (электронное, мюонное и тау-лептонное) характеризуют то, к какому поколению принадлежит лептон, и является ли он частицей или античастицей.  В физике частиц закон сохранения лептонных чисел гласит, что сумма лептонных чисел каждого типа должна сохраняться в реакциях и распадах. Этот закон приблизительный (в отличии от, например, закона сохранения энергии). Указанием на то, что процессы с нарушением лептонного числа все же протекают в природе, являются нейтринные осцилляции. Действительно, в процессе осцилляций исчезает нейтрино одного аромата, несущее соответствующее лептонное число, и появляется нейтрино с другим лептонным числом. Для заряженных лептонов Стандартная модель (СМ) физики элементарных частиц предсказывает ничтожно малую вероятность переходов с нарушением лептонного числа и поэтому любое наблюдение такого наращения для e, µ или τ будет проявлением так называемой Новой физики.

Недавно, эксперимент LHCb представил новую работу по поиску распадов типа B⁺→K⁺μe, в которых закон сохранения лептонных чисел нарушен. Некоторые расширения СМ, например, модели с лептокварками или модели с расширенным числом калибровочных бозонов, предсказывают, что вероятности подобных процессов могут быть порядка 10^–8–10^–10, что доступно при измерениях на современных установках.

Основным фоном для измерения распадов такого типа является фон случайных совпадений, а также процессы, в которых электроны и мюоны рождаются в различных распадах, принадлежащих одной цепочке каскада распадов. Для уменьшения фона физики использовали два мультивариантных классификатора событий по типу сигнал-фон. Наблюдать распады B⁺→K⁺μe физики должны были в спектре масс системы каон-мюон-электрон. Как видно из спектров, представленных на рисунке 1, сигналы от распадов обнаружены не были. Экспериментаторы поставили ограничения на вероятности распадов: B (B⁺→ K⁺μ^–e⁺) < 7,0∙10^–9  и B (B⁺→ K⁺μ⁺e^–) < 6,4∙10^–9 (при уровне доверительной вероятности 90%). Этот результат более чем на порядок точнее результата предыдущих измерений, выполненных экспериментом BaBar.

Пока обработаны лишь данные, набранные в ходе первого этапа работы LHCb в 2011-2012 годах. В ближайшее время стоит ожидать обработки данных Run-II (2015-18 гг.) и улучшения точности.

В заключение следует отметить, что сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ принимают активное участие в работе эксперимента LHCb. Физики нашего Института разработали, создали, ввели в эксплуатацию и обслуживали во время всех экспериментальных сеансов мюонную систему LHCb, обеспечившую надежную регистрацию мюонов, которая необходима для проведения поисковых работ такого рода.