Теоретики обсуждают новое отклонение в данных ATLAS

Распределение событий по дисбалансу поперечного импульса в одной из семи сигнальных областей

Рис. 1. Распределение событий по дисбалансу поперечного импульса в одной из семи сигнальных областей. Цветная гистограмма показывает вклад разных фоновых процессов, черные точки с погрешностями — реальные данные, точечные пунктирные линии демонстрируют, как мог бы идти этот график для двух конкретных вариантов Новой физики. График с сайта atlas.web.cern.ch

Прошедшая в августе 2016 года конференция ICHEP на основании первой крупной порции данных Run 2 навела порядок (или привела к разрушительным последствиям — кому какая формулировка ближе) в зоопарке отклонений от Стандартной модели, который возник на тот момент. Список этих отклонений можно найти на странице Загадки Большого адронного коллайдера: июль 2016; сейчас в области высоких энергий почти все они исчезли (см. текущую версию страницы Загадок коллайдера). Даже напоминавшее суперсимметричные частицы отклонение в канале рождения «лептонная пара + адронные струи + потерянный поперечный импульс», которое, казалось, начинало проступать и в данных 2015 года, — тоже было закрыто недавними данными.

Однако тогда же, прошлым августом, коллаборация ATLAS сообщила, что, обработав статистику 13,2 fb−1, она видит новое отклонение (см. предварительную публикацию ATLAS-CONF-2016-050). Это отклонение тоже напоминает рождение и распад суперсимметричных частиц, но только их «детекторная подпись» несколько иная: здесь событие состоит только из одного лептона большой энергии, адронных струй, включая и опознанные струи с участием b-кварка, и сильного дисбаланса поперечного импульса. В принципе, такие события могут происходить и в рамках Стандартной модели. Например, может родиться топ-кварк-антикварковая пара, в которой, скажем, топ-кварк распадается с испусканием позитрона и нейтрино (плюс адроны), а антитоп-кварк — только на адроны. Но в этом случае дисбаланс поперечного импульса — тот невидимый детектором импульс, который уносит нейтрино, — должен быть небольшой. Такие события действительно наблюдались в контрольных кинематических областях, что позволило точнее настроить моделирование фоновых процессов.

Однако кроме этого был обнаружен избыток событий с большим дисбалансом поперечного импульса, а также с большими значениями других кинематических функций (см. рис. 1). Было проведено семь разных процедур отбора данных — они отвечают разным сигнальным областям в пространстве кинематических параметров, — и в трех из них были обнаружены отклонения со статистической значимостью 2,2σ, 2,6σ и 3,3σ. Подчеркнем, что эти варианты анализа не являются независимыми друг от друга, поскольку сигнальные области частично перекрываются. По этой причине трудно указать общую статистическую значимость этого результата. Но тот факт, что один из вариантов анализа дал довольно сильное отклонение, заставил теоретиков относиться к намеку серьезно: несмотря на то что данные предварительные, уже с десяток исследовательских групп теоретиков включили их в свой анализ.

Если интерпретировать этот результат как сигнал Новой физики, то основная рабочая гипотеза — что это результат рождения топ-скварков, то есть частиц-суперпартнеров топ-кварков (рис. 2). Топ-скварк («стоп» на физическом жаргоне) во многих вариантах теории распадается на топ-кварк и частицу темной материи, которая, оставаясь невидимой для детектора, уносит большой поперечный импульс. Получается картина, похожая на рождение топ-антитоп-пары, но только с сильно нарушенным балансом поперечного импульса. Другая возможность — каскадный распад, в результате которого получается пара bW и пара их античастиц.

Рис. 2. Рождение пары топ-скварков и два варианта их распада

Рис. 2. Рождение пары топ-скварков и два варианта их распада, которые могут приводить к отклонению в канале «1 лептон + струи + потерянный поперечный импульс». Диаграммы с сайта atlas.web.cern.ch

В обоих случаях дальнейший распад этих частиц вполне может дать отклонение наподобие того, что увидел ATLAS. Общий 19-параметрический вариант минимальной суперсимметричной модели (pMSSM) вполне может объяснить этот результат, не вступая в противоречие с другими данными (K. Kowalska, E. M. Sessolo, 2017. MSSM fits to the ATLAS 1 lepton excess).

Конкретно этот процесс — лишь один из вариантов поиска топ-скварков. Детальный анализ показывает, что если перед нами действительно топ-скварки, то они должны давать отклонения и в других процессах (см. статьи H. Baer et al., 2016. A top-squark hunter's guide и H. An et al., 2016. Exploring the nearly degenerate stop region with sbottom decays). Сейчас идет обсуждение списка измерений, которые должен будет выполнить коллайдер, чтобы серьезно протестировать именно такую гипотезу.

Многие теоретики обращают также внимание на то, что анализ в терминах одного лишь потерянного импульса может быть неоптимальным (см., например, P. Konar et al., 2016. Demystifying compressed top squark region with kinematic variables). Особенно опасна ситуация, когда частицы-суперпартнеры обладают большими, но близкими друг к другу массами. Например, если на рис. 2 масса топ-скварка лишь немногим больше массы частицы темной материи (χ0, нейтралино), то распад на топ-кварк (рис. 2, слева) будет невозможен по закону сохранения энергии. Поэтому открываются другие, менее энергозатратные варианты распада (например, рис. 2, справа). Еще очень важно то, что в таком случае появившиеся в распаде обычные частицы не будут демонстрировать слишком уж большой дисбаланс поперечного импульса. Основной поперечный импульс уносят две частицы темной материи, но они улетают почти в противоположные стороны. Значит, требуется использовать другие, более прозорливые кинематические величины. Поиск и оптимизация таких величин тоже продолжится в ближайшем будущем.

В целом, обжегшись на других недавних примерах, теоретики реагируют на этот предварительный результат ATLAS сдержанно, однако из виду его не упускают. Очевидно, сейчас следует дождаться полноценный статьи ATLAS и узнать, что скажет по этому поводу CMS. Мы будем следить за дальнейшим развитием ситуации с этим отклонением на страничке Поиск суперсимметрии — 3.


29
Показать комментарии (29)
Свернуть комментарии (29)

  • VICTOR  | 24.01.2017 | 17:19 Ответить
    Вариант Новой физики "scalar" именно предполагает отклонение в области 360-400 ГэВ вниз относительно соседних областей?

    "масса топ-скварка лишь немногим больше массы частицы темной материи".
    И достаточно большая вероятность рождения этого топ-скварка на энергиях коллайдера, что бы объяснить количество зафиксированных событий (предсказание СМ - "17 плюс-минус 2")?
    Ответить
    • Игорь Иванов > VICTOR | 25.01.2017 | 22:55 Ответить
      Scalar отвечает синей пунктирной гистограмме. Это пример того, как должны были бы вести себя данные в рамках одной опорной модели, в которой пара частиц темной материи рождалась бы через промежуточное рождение и распад некой скалярной частицы с определенной массой и определенной константой связи. Эти гистограмма показана для иллюстрации того, что реальные данные совсем не похожи на такие гистограммы.

      Насчет рождения: если это скварки, то они сильновзаимодействующие частицы и потому рождаются легко, через сильное взаимодействие. Главное, чтоб они были не слишком тяжелые, т.е. чтобы партонные плотности были достаточно велики для того, чтоб их породить.
      Ответить
      • VICTOR > Игорь Иванов | 26.01.2017 | 14:18 Ответить
        А в области свыше 510 ГэВ хотя бы эксперимент совпадает со всеми теориями в том факте, что с ростом энергии растет вероятность образования t-кварка или W-бозона.
        Ответить
        • Игорь Иванов > VICTOR | 27.01.2017 | 02:27 Ответить
          Эмм, несколько странная интерпретация, по-моему. Но вообще да, с ростом энергии столкновений вероятность рождения растет просто потому, что растут партонные плотности.
          Ответить
  • niki  | 24.01.2017 | 18:39 Ответить
    Позвольте дать Элементам бесплатный и очень ценный совет:
    Ставьте в публикациях дату.
    Ответить
    • editor > niki | 24.01.2017 | 18:58 Ответить
      Спасибо. А где нет даты?
      Ответить
      • niki > editor | 24.01.2017 | 20:10 Ответить
        В этой публикации нет даты. И в той на которую она ссылается.
        Ответить
        • editor > niki | 24.01.2017 | 20:21 Ответить
          Как же нет? Вот же написано вверху «24.01.2017» — и в старом, и в новом дизайне.

          А та, на которую она ссылается, — это «Поиск суперсимметрии — 3»? Эта страница последний раз обновлялась по состоянию на август 2016, что на ней тоже отражено.
          Ответить
          • PavelS > editor | 25.01.2017 | 03:30 Ответить
            Совет был дельный, я сам много замечал, что в бОльшей части публикаций даты не хватает и в ряде случаев было не ясно, не устарели ли сведения.
            Вот взять к примеру первую попавшуются:
            http://elementy.ru/LHC/zagadki_lhc/leptonnaya_universalnost_1

            Ах, да. Даты бывают как-то закопаны внутри публикации. А надо чтобы это было в заголовке, автоматом.
            Ответить
            • Игорь Иванов > PavelS | 25.01.2017 | 22:47 Ответить
              Я что-то не понимаю насчет большей части.
              Смотрите, есть лента новостей: http://elementy.ru/LHC/novosti_BAK
              Там все новости с датой, и на странице этой ленты, и если кликнуть внутрь новости. На то они и новости.

              А есть статичные страницы. Это все в проекте про коллайдер http://elementy.ru/LHC, что не новости. «Загадки коллайдера» — это тоже статичные страницы, это сводка результатов. Они дописываются пару раз в году, и уходят в архив, если загадка разрешается. Эволюция ситуации описывается внутри каждой загадки. Там же есть ссылки на новости на Элементах. По-моему, этого вполне достаточно, никакие точные даты не нужны.
              Ответить
              • PavelS > Игорь Иванов | 27.01.2017 | 00:27 Ответить
                > А есть статичные страницы
                > Они дописываются пару раз в году, и уходят в архив, если загадка разрешается.

                Вот это и не нравится. Мне хотелось бы видеть на какой момент статья актуальна. Т.к. я не знаю что там у вас творится в личной жизни, может вы увлеченно что-то решаете и забыли что-то обновить, может по этому вопросу нет данных и вы не забыли, а просто вам нечего добавить, а вдруг вы в бизнес ушли торговать аппельсинами и сопровождать статьи стало вдруг внезапно не интересно? Всякое бывает. Вот блогом занимались, а потом перестали. Потому хочется хотя бы иметь дату. Дату всегда и везде, безусловно.

                Ну и опять же, посмотрите статью по ссылке которую я привёл в пример. Ей почти 2 года. И не ясно, устарела она или нет. Хорошо хоть какие-то даты есть.
                http://elementy.ru/LHC/zagadki_lhc/leptonnaya_universalnost_1
                Ответить
                • Игорь Иванов > PavelS | 27.01.2017 | 02:25 Ответить
                  Не устарела, принципиальных обновлений с тех пор не было. Вообще на странице загадок (а последнее обновление за январь 2017) эта загадка присутствует, значит, ничего с ней особо и не изменилось.

                  Я понимаю, что читателям хочется кому-то еще больше информации, кому-то еще точнее, кому-то систематизировать, кому-то все выстроить в хронологическую линейку, кому-то еще понятнее, кому-то с картинками и т.д. Но я один.

                  Так что увы, но вот есть такой проект с такими ограничениями и придется его читать в таком виде. Если хочется копнуть глубже, то могу лишь посоветовать полистать оригинальные статьи. Там все выясняется в два шага: переходите на исходную статью с данными, а затем на список статей, которые на нее ссылаются, и читаете в этим статьях введение.
                  Ответить
                  • ovz > Игорь Иванов | 27.01.2017 | 10:52 Ответить
                    Игорь. Вопрос с датировкой загадок уже поднимался. И поднимается второй раз. Значит это актуально. Вы смотрите на ситуацию с точки зрения автора и поэтому никаких аномалий не наблюдаете. Однако с точки зрения читателя отсутствие датировки создает определенные неудобства. Если прошло обновление загадок, то отличить темы, которых коснулось изменение от не изменившихся практически невозможно. Приходится все перелистывать.
                    Как было бы здорово, если бы каждая тема в загадках имела бы дату последнего обновления! Не думаю что это технически сложно сделать.
                    Ответить
                    • scle > ovz | 27.01.2017 | 22:32 Ответить
                      Присоединюсь: мне тоже дат не хватает. Достаточно было бы просто даты последнего обновления на странице с материалом (не только новостью). Наверняка в системе она уже сохраняется, надо только сделать вывод во фронтенде.

                      Игорь, вы молодец, что тащите всё это дело. Спасибо.
                      Ответить
                  • 17th Guest > Игорь Иванов | 27.01.2017 | 23:10 Ответить
                    Разве дата написания/правки статьи - это очень большая проблема?
                    Тем, кто следит постоянно за событиями или циклами статей, даты может и неинформативны, но тем, кто интересуется эпизодически, даты написания/правки очень помогут ориентироваться в актуальности информации.
                    Ответить
                  • denis_73 > Игорь Иванов | 28.01.2017 | 03:23 Ответить
                    Давно хотел об этом сказать. Непонятно, когда обновлялась информация, не устарела ли она.

                    Пример:
                    http://elementy.ru/LHC

                    Где там даты последней правки у статей?
                    Кое-где написано "new", но когда оно было там написано?
                    Ответить
                • prometey21 > PavelS | 27.01.2017 | 13:48 Ответить
                  Извините, но мне кажется уж в бизнес-то Игорь точно не уйдёт! "Кайф", который получают настоящие научные работники от работы в науке несравним ни с чем! А паузы в работе бывали и раньше. Сейчас 21-й век, ведь не 19-й! Всё развивается намного динамичнее! Только дилетанты говорят о пессимизме в современной науке!
                  Ответить
    • sergg > niki | 24.01.2017 | 20:07 Ответить
      Нетудаты!
      Ответить
  • Александр-Зеленоград  | 28.01.2017 | 15:45 Ответить
    Интересно - когда закроют новое отклонение...
    Ответить
    • VICTOR > Александр-Зеленоград | 28.01.2017 | 16:56 Ответить
      А потом построят коллайдер протон-протонный на суммарную энергию 72 ТэВ и начнут идти всякие странные события косяками.
      Ответить
      • niki > VICTOR | 30.01.2017 | 13:02 Ответить
        Хорошо бы
        Ответить
      • prometey21 > VICTOR | 30.01.2017 | 20:41 Ответить
        А как у Некрасова? Только не доживём мы до поры этой (72 ТэВ)! Ведь это будет возможно где-то в 2040 году. Так что лучше усложнить обработку результатов эксперимента введением новых математических (статистических) теорий. Все существующие математические методы пока не дают существенных результатов! Хи-квадрат и другие математические хитрости не помогают в имеющихся экспериментальных данных! Надо развивать математику!!!
        Ответить
  • SaToRy  | 30.01.2017 | 19:12 Ответить
    Хм, то есть сейчас ждём в марте результатов по суммарной статистике на конец 2016го? Если стат. значимость хотя бы сохранится, а не просядет, то интрига должна вырасти. Кстати, Игорь, подскажите, я тут немного запутался, суперсимметрия только в контексте теории струн связана с доп. пространственными измерениями, или я тёплое с мягким путаю? Смутило описание на Элементах.
    Ответить
    • VICTOR > SaToRy | 30.01.2017 | 19:35 Ответить
      Насколько я понимаю, "суперструны" - это из теории струн, к которой добавили суперсимметрию. Может без её привлечения у них не получалось ничего хорошего. Или сначала была только 26-мерная теория, описывающая бозоны (кажется происходит в какой-то мере из того, что глюон - это струна).
      Но по идее пока есть такой факт:
      "Теория струн нуждается в экспериментальной проверке, однако ни один из вариантов теории не даёт однозначных предсказаний, которые можно было бы проверить в критическом эксперименте." (C) ru.wikipedia.org
      http://elementy.ru/trefil/21211/Teoriya_strun - здесь тоже подобное написано.
      Ответить
      • SaToRy > VICTOR | 30.01.2017 | 20:21 Ответить
        У меня этот вопрос и всплыл потому, что если брать согласно вики, суперсимметрия и применена изначально была в теории струн (а там, сколь я понимаю, она имеет прямое отношение к доп. измерениям) , а уже потом как дополнение к СМ. Так вот, доп измерения в ТС и "суперпространство" (http://elementy.ru/LHC/HEP/SM/SUSY) это близко, или тёплое и мягкое...
        Ответить
  • VICTOR  | 30.01.2017 | 19:57 Ответить
    С лептонной универсальностью нет существенного уменьшения или увеличения значимости?
    Ответить
    • Игорь Иванов > VICTOR | 31.01.2017 | 09:13 Ответить
      Нет, потому что новых данных пока нет.
      Ответить
  • bopa  | 31.01.2017 | 22:28 Ответить
    Как воспринимать http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys4021.html? Есть ли последующая информация?
    Ответить
    • Игорь Иванов > bopa | 01.02.2017 | 12:46 Ответить
      Про это была новость: http://elementy.ru/novosti_nauki/432840/
      Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»