Пресс-центр

LHCb проверил лептонную универсальность в распадах прелестных барионов

Эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), представил новые результаты по проверке лептонной универсальности (ЛУ) в распадах частиц Λ_b⁰. Это первая экспериментальная проверка в секторе прелестных барионов. Распады с испусканием адронов и пар μ⁺μ^- происходят редко и статистическая значимость этого явления не превышает одного стандартного отклонения.

Проверка лептонной универсальности Стандартной Модели (СМ) физики элементарных частиц, то есть проверка того, что разница между лептонами различных поколений: электронами (e), мюонами (µ) и тау-лептонами (τ), обусловлена только различной массой этих частиц, а сами константы слабого и электромагнитного взаимодействий для них идентичны – одна из «горячих» тем современной экспериментальной физики высоких энергий. Дело в том, что ЛУ может быть нарушена в физике за пределами СМ. Если частицы Новой физики (НФ) по-разному взаимодействуют с e, µ и τ, то это также может повлиять и на вероятности распадов обыкновенных частиц СМ. Таким образом, экспериментальная проверка ЛУ – один из косвенных методов поиска НФ. Для поиска таких эффектов очень подходят распады, в которых b-кварк переходит в s-кварк, так как для описания этого перехода в рамках СМ нужно привлекать несколько уже известных массивных виртуальных частиц, поэтому его вероятность подавлена. На фоне этой малой величины могут стать заметны эффекты НФ, например, гипотетические Z’-резонансы (см. рисунок 1).

Проверка ЛУ — одна из главных задач, решаемых в эксперименте LHCb. Мы уже не раз сообщали о работах на эту тему. До сих пор речь в основном шла о распадах прелестных мезонов на мезон и лептонную пару, то есть о процессах типа B → Ml⁺l^-. Обычно, исследуется величина отношения вероятности распадов прелестных адронов (H_b) с испусканием мезонов (M) и мюонных или электронных пар:

R_M = BR(H_b → Mµ⁺µ^-) / BR(H_b → Me⁺e^-).

Многочисленные исследования дают намек на то, что величина R меньше значений, предсказываемых в рамках СМ, однако, статистическая значимость отклонения не превышает 3σ ни для одного из проверенных каналов.

В новой работе LHCb впервые проанализированы распады прелестных барионов Λ_b⁰. Были обработаны данные Run-1 и часть данных Run-2, набранных в 2015-2016 годах. Следует заметить, что проанализирована еще не вся доступная статистика: данные 2017-2018 годов будут обработаны чуть позже. При обработке применялся так называемый слепой метод (англ. blind analysis), в котором ученые, анализирующие экспериментальные данные, не знают финального ответа до того момента, когда метод анализа не будет полностью разработан, протестирован и «заморожен».

Как и для распадов прелестных мезонов, физики LHCb измеряли так называемое двойное отношение, контролируя отбор конечного состояния pKl⁺l^- с использованием распадов через промежуточный J/ψ резонанс – распады типа Λ_b⁰→J/ψ(→l⁺l^-)pK. Такие переходы достаточно интенсивны, их вероятности известны (для них нет нарушения ЛУ), а эффективности контрольных каналов также очень похожи на эффективности сигнальных каналов (рис. 2).

Измерения проводились для диапазона квадрата масс системы лептонов от 0.1 до 6.0 ГэВ² и при условии, что масса системы pK меньше 2.6 ГэВ². Измеренное значение R_pK+ составило 0.86^+0.14_-0.11±0.05, где первая погрешность измерения — статистическая, а вторая — систематическая. Этот результат согласуется как с предсказаниями СМ, так и с предыдущими результатами, полученными для B-мезонов (R_K и R_K*<1).

Получить более подробную информацию об этом исследовании можно из препринта статьи LHCb. Также следует отметить, что сотрудники 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. Кроме того, сотрудники Института принимали активное участие во внутреннем рецензировании выпущенной работы.