Пресс-центр

Новые измерения редких распадов B+ мезонов заинтриговали физиков

В октябре 2020 года эксперимент LHCb, который проводится на Большом адронном коллайдере (БАК), рассказал о новых измерениях, проведенных для редкого распада B⁺ →K^*+μ⁺μ^–. Амплитудный анализ указывает на отличие полученных результатов от предсказаний Стандартной модели, наблюдаемый в другом распаде: B⁰ →K^*0μ⁺μ^–.

Изучение распадов очарованных и прелестных адронов, в которых в конечном состоянии формируется e⁺e^–- или μ⁺μ^–-пара, – это одно из ключевых направлений экспериментального поиска указаний на проявление эффектов, лежащих за пределами Стандартной модели физики частиц (СМ). В рамках СМ такие переходы подавлены в первом порядке теории, так как распады под действием слабых сил идут в основном за счет испускания заряженных W^±-бозонов (или обмена этими частицами-переносчиками слабого взаимодействия). W^±-бозоны могут формировать только пару, состоящую из заряженного и нейтрального лептонов: W→lν_l. Переходы с образованием e⁺e^–- или μ⁺μ^–-пар возможны в более высоких порядках теории. Они обеспечиваются так называемыми петлевыми диаграммами (см. рисунок 1), когда в промежуточном состоянии возникают несколько массивных частиц СМ. Вероятности таких распадов очень малы. Для D-мезонов они порядка 10^–13, а для B-мезонов порядка 10^–6–10^–9, причем для последних предсказания СМ довольно надежны. На фоне таких малых величин могут проявлять себя эффекты Новой физики (НФ). При этом регистрация таких каналов распада относительно проста, поэтому они и являются ключевыми для поиска НФ.

За десятилетия работы БАК выпущено множество работ, посвященных исследованию таких процессов. Одним из самых интригующих результатов этих измерений стала так называемая P₅’-аномалия, возникающая при амплитудном анализе распадов B⁰ →K^*0(→Kπ)μ⁺μ^–. Исследуя угловые распределения продуктов распада, экспериментаторы проводят сравнение накопленных данных с предсказаниями СМ. Для одной из наблюдаемых величин, обозначаемой P₅’, данные свидетельствуют о расхождении теории и эксперимента в области квадрата масс μ⁺μ^–-пары q²=4-8 ГэВ²/c⁴. Сейчас обработаны данные, набранные в 2011-12 гг. и в 2016 г. (см. рисунок 2).

На проходившей этой осенью миниконференции Implications of LHCb measurements and future prospects эксперимент представил измерения для новой цепочки распада B⁺ →K^*+(→K_S⁰(→π⁺π^–)π⁺)μ⁺μ^–. Для неё также имеются довольно точные теоретические предсказания. Экспериментально полученные значения для наблюдаемой P₅’ в области квадрата масс мюонной пары 4-8 ГэВ²/c⁴ также легли выше теоретически предсказанных значений. Конечно, если бы не было измерений для B⁰ →K^*0μ⁺μ^– канала, то физики вряд ли бы обратили внимание на столь незначительное расхождение, но небольшой сдвиг в сторону уже известной аномалии интригует.

Сейчас экспериментаторы работают в тесном сотрудничестве с теоретиками и уже на стадии анализа данных пытаются понять: «Какому из сценариев НФ соответствует отклонение?» В результате анализа всех наблюдаемых для B⁺→K^*+μ⁺μ^– распадов было получено указание на то, что описание процесса можно улучшить, если ввести в рассмотрение эффекты НФ. Статистическая значимость улучшения составляет чуть более трех стандартных отклонений. Следует заметить, что точно такая же НФ улучшит и описание B⁰ →K^*0μ⁺μ^– канала (также примерно на уровне 3σ)!

Отметим, что пока результаты исследования B⁺→K^*+μ⁺μ^– распадов носят предварительный характер. Подробнее с анализом можно познакомиться, изучив презентацию LHCb. В заключение следует отметить, что сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» -ПИЯФ принимают активное участие в работе эксперимента LHCb. Сотрудники Отделения физики высоких энергий Института отвечают за Мюонную систему эксперимента. Бесперебойная работа детектора мюонов крайне необходима для анализа редких распадов с испусканием мюонной пары.