LHCb наблюдает новые каналы распада прелестных частиц
Четверг, 23 ноября 2017Эксперимент LHCb сообщил о регистрации новых каналов распада частиц, содержащих прелестный кварк. Измеренные вероятности открытых каналов распада согласуются с ожиданиями физиков.
Эксперимент LHCb, работающий на Большом адронном коллайдере (БАК), нацелен на исследование частиц, в состав которых входят тяжелые очарованные (англ. charm) и прелестные (beauty) кварки. Большая масса этих кварков позволяет (в некоторых случаях) упростить теоретические расчеты их свойств. Высокоточные измерения свойств очарованных и прелестных частиц и сравнение результатов с предсказаниями Стандартной Модели физики элементарных частиц (СМ) – один из методов поиска проявлений новых фундаментальных взаимодействий. Так как число с- и b-содержащих адронов, рождающихся на БАК в столкновениях протонов сверхвысоких энергий значительно большее, чем на установках предыдущих поколений, экспериментально становится возможной регистрация более редких каналов распада таких адронов.
В ноябре 2017 года эксперимент LHCb выпустил две работы, в которых сообщается об открытиях ранее не наблюдавшихся каналов распада: Λb0-бариона (Λb0→pK−π+π− и Λb0→pK−K+K−), Ξb0-бариона (Ξb0→pK−π+π− и Ξb0→pK−π+K−) [1] и B+-мезона (
Существует множество распадов прелестных барионов (Λb0 и Ξb0) на четыре адрона. Законы сохранения энергии и импульса дают надежный критерий идентификации распадов. Для частиц конечного состояния можно построить наблюдаемую (инвариантную массу), для которой события распада формируют пик (пример распадов с системой (pK−π+π−) в конечном состоянии приведен на Рис.1, пики, соответствующие распадам Λb0 и Ξb0 наблюдаются впервые).
Вторая работа LHCb сообщает об открытии распада B+-мезона на систему частиц: Ds+K+K− [2]. Для выделенных событий кандидатов построена инвариантная масса и выделен сигнал от 443 ± 29 искомых распадов. Помимо обнаруженного сигнала от распада B+-мезона в распределение событий по инвариантной массе дают вклад и фоновые процессы. Их можно отделить от сигнальных событий по форме вкладов. Экспериментаторы установили, что вероятность этого распада составляет (7.1 ± 0.5стат. ± 0.6сист. ± 0.7норм.) ✕ 10-6.
Наблюдения физики элементарных частиц носят принципиально вероятностный характер, то есть они подвержены влиянию статистических флуктуаций. Именно поэтому указывается не только измеренная величина, но и её погрешность. В большинстве случаев хорошо работает приближение нормального распределения погрешностей и стандартное отклонение можно интерпретировать как один из параметров нормального распределения σ – среднеквадратичное отклонение («ширина»). Физики называют измерения со статистической достоверностью от 3σ до 5σ указаниями (evidence) на обнаружение процесса, а при превышении порога 5σ сообщают о его открытии. Не все указания перерастают в открытия; так, ранее LHCb (в работе [3]) сообщал об указании на обнаружение канала распада B+→Ds+φ. Так как φ -мезон распадается на пару K+K−, конечное состояние распада то же, но вклад промежуточного состояния может быть выделен. В новой работе на большой статистике (а были использованы данные протон-протонных столкновений при энергиях столкновения пучков 7, 8 и 13 ТэВ) показано, что на уровне доверительной вероятности 95% вероятность распада B+→Ds+φ не превышает 4.9 ✕ 10-7. Таким образом, предыдущее указание на большую вероятность данного канала распада не подтвердилось.
Сотрудники Отделения физики высоких энергий НИЦ “Курчатовский институт” - ПИЯФ активно участвуют как в обеспечении работы эксперимента LHCb, так и в последующей обработке экспериментальных данных.
Больше информации об этих открытиях доступно в электронных препринтах публикаций:
- https://arxiv.org/pdf/1711.05490.pdf
- https://arxiv.org/pdf/1711.05637.pdf
- LHCb collaboration, JHEP 02 (2013) 043