Пресс-центр

Kπ аномалия подтверждается

Эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), измерил асимметрию распадов B⁺→K⁺π⁰. Полученные результаты подтверждают так называемую Kπ аномалию, которая может интерпретироваться как указание на Новую физику.

 В конце каждого года эксперимент LHCb проводит мини-конференцию Implications of LHCb measurements and future prospects, на которой экспериментаторы обсуждают с теоретиками результаты, полученные за год, и намечают «цели» на будущее. Традиционно, LHCb к этим мини-конференциям LHCb выпускает новые экспериментальные результаты. В этом году одним из важнейших докладов, представленных на этом совещании, стал рассказ о новом измерении CP-асимметрии распадов B⁺→K⁺π⁰. Такие распады уже давно интересуют ученых, занимающихся экспериментальным и теоретическим исследованием CP-нарушения. В эксперименте измеряется так называемая CP-асимметрия распадов (A_CP) – отношение разности парциальных ширин распадов частиц (B) и античастиц (B) по зарядово-сопряженным каналам (f и f) к их сумме:

         A_CP = [Г(B → f) – Г(B → f)] / [Г(B → f) + Г(B → f)].

Согласно теоретическим представлениям, CP-асимметрии распадов типа B→Kπ связаны соотношением, называемым правилом Kπ суммы (см. рисунок 1).

Современное состояние экспериментальных исследований по этой тематике приведено в таблице на рисунке 2. На начало осени этого года эксперименты на электрон-позитронных коллайдерах Belle и BaBar измерили все четыре канала распадов, входящих в выражение для правила Kπ суммы, а LHCb провел лишь исследования каналов, которые могут быть восстановлены через заряженные частицы в конечном состоянии (для детектирования K⁰-мезона использовался распад K_S⁰→ π⁺π^–). Из измерений асимметрий для каналов распада B⁺→K⁺π⁰, B⁰→K⁺π^– и B⁺→K⁰π⁺ и правила суммы следовало, что A_CP^sum(B⁰→K⁰π⁰) = – 0.150 ± 0.032. Это более чем на три стандартных отклонения расходится с экспериментальными измерениями. Недавно LHCb объявил об измерении CP-асимметрии распадов B⁺→K⁺π⁰. Новое измерение подтверждает Kπ аномалию.

Экспериментальное исследование распадов B⁺→K⁺π⁰ в pp-взаимодействиях высоких энергий – сложная задача. Дело в том, что к данному процессу не применим важнейший критерий отбора событий-кандидатов – наличие так называемой вторичной вершины, соответствующей исследуемому распаду. На втором этапе работы БАК специалисты LHCb создали специальную «линию» онлайн-отбора событий-кандидатов, нацеленную на поиск событий, в которых имелся K⁺ мезон, вылетающий не из точки взаимодействия протонов, а калориметрическая система эксперимента регистрировала сигнал от распадов π⁰ мезона. Даже с таким специальным триггером соотношение сигнал-фон составило 3×10^–4. Чтобы выделить интересующий сигнал, физики применили методы машинного обучения. Это позволило увидеть в массовом спектре пики, соответствующие искомым распадам (см. рисунок 3).

Измеренная асимметрия числа распадов (A_raw) связана с искомой CP-асимметрией (A_CP) соотношением, в которое входят асимметрия рождения B^± мезонов (A^B_prod) и асимметрия регистрации K^± мезонов (A^K_det):

A_CP = A_raw – A^B_prod – A^K_det.

Для того, чтобы учесть асимметрии рождения и детектирования, экспериментаторы параллельно асимметрии основного канала распада измеряли асимметрию для калибровочного канала B⁺→ J/ψ(→μ⁺μ^–)K⁺, величина которой хорошо известна. Следует отметить, что измерения для калибровочного канала во многом полагаются на стабильную работу Мюонной Системы LHCb, которая является зоной ответственности группы НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ.

Благодаря большой набранной статистике в новом измерении удалось достичь рекордной точности измерения CP-асимметрии для B⁺→K⁺π⁰:

A_CP(B⁺→K⁺π⁰) = 0.024 ± 0.015_стат. ± 0.006_сист. ± 0.003_J/ψK.

Как уже было сказано выше, Kπ аномалия устояла. Теперь A_CP^sum(B⁰→K⁰π⁰) = – 0.138 ± 0.025, что по-прежнему на три стандартных отклонения отличается от A_CP^exp.(B⁰→K⁰π⁰).

Выпущенные результаты пока носят предварительный характер, однако, как показывает практика, от объявления до публикации в реферируемом журнале проходит совсем немного времени. Также в скором будущем LHCb обещает провести измерения асимметрии для нейтрального канала B⁰→K⁰π⁰. Возможно, эти измерения, а также измерения эксперимента Belle-II переведут Kπ аномалию из статуса указания в статус экспериментального наблюдения. Эта загадка пока не находит объяснения в рамках Стандартной модели физики элементарных частиц и может служить указанием на существование так называемой Новой физики.