Редчайшие, но ожидаемые
Вторник, 01 августа 2017Эксперимент LHCb сообщает о регистрации очень редких распадов B0- и D0-мезонов. Хотя эти распады и предсказаны теорией, изучение их свойств поможет в поисках Новой физики.
Одной из основных задач эксперимента LHCb, проходящего на Большом адронном коллайдере (БАК), является поиск проявлений новых фундаментальных взаимодействий, не входящих в современную теорию – Стандартную Модель физики элементарных частиц (СМ). Новая физика (НФ) может проявить себя в очень редких распадах частиц, которые либо невозможны в СМ, либо столь редки, что вклад НФ будет заметен. Эксперимент LHCb ориентирован на изучение распадов очарованных (в состав которых входит c-кварк) и прелестных (содержащих b-кварк) частиц.
В июле 2017 года физики LHCb сообщили об обнаружении распада B0-мезона на пару протон-антипротон (пик на Рис.1). Статистическая значимость открытия составила 5.3 стандартных отклонения. Физикам удалось не только зарегистрировать этот процесс, но и измерить его вероятность: (1.25±0.27±0.18)x10-8. Таким образом, это самый редкий из зарегистрированных полностью адронных распадов B0-мезона. Это наблюдение важно для понимания эффектов сильного взаимодействия, которые довольно сложно учитывать при описании распадов прелестных частиц (сами распады идут под действием слабых сил). В будущем, когда будет накоплен больший массив экспериментальных данных, физики надеются открыть и распад Bs0-мезона, проходящий по этому каналу.
Рис.1 Спектр инвариантной массы для системы протон-антипротон. В силу законов сохранения энергии и импульса, частицы, образовавшиеся из распада одной более тяжелой частицы, группируются (образуют пик) в районе массы “материнской” частицы.
Для поиска НФ хорошо подходят распады b- и c-адронов, в конечном состоянии которых присутствует μ+μ--пара. В СМ для того, чтобы такой переход состоялся, требуется виртуальное рождение нескольких очень тяжелых частиц (пример подобного процесса приведен на Рис.2 слева), поэтому вероятности этих распадов очень малы, что и делает их перспективными кандидатами для поиска НФ. Однако всё же существует еще одна “лазейка” для образования пары μ+μ- в конечном состоянии – а именно образование короткоживущих резонансов (например, ρ или φ), которые тоже могут распадаться по μ+μ--каналу (см. правую часть Рис.2). Новая работа LHCb как раз посвящена изучению таких процессов в распадах D0-мезонов в K+K-μ+μ- и π+π-μ+μ- конечные состояния.
Рис.2 Возможные схемы распада D0-мезонов на адронную (h± = K±, π± и ди-мюонную (μ+μ- пары. Диаграмма слева соответствует образованию пары μ+μ- непосредственно в точке распада, тогда как диаграмма справа описывает процесс с промежуточным рождением ρ-резонанса, который в дальнейшем распадается в μ+μ-.
Экспериментаторы установили, что вероятности этих распадов составляют (9.64±0.48±0.51±0.97)x10-7 для D0→π+π-μ+μ- и (1.54±0.27±0.09±0.16)x10-7 для D0→K+K-μ+μ--, соответственно, что соответствует ожидаемым вкладам от промежуточных резонансов. На сегодняшний день это редчайшие из наблюдаемых каналов распада очарованных частиц!
Больше информации об этих открытиях доступно по ссылкам:
