Детектор CMS не подтверждает сильную асимметрию, найденную на Тэватроне

Асимметрия между топ-кварками и их антикварками на LHC при равных инвариантных массах топ–антитоп-пары. Черные точки с погрешностями — предварительные данные CMS, красная гистограмма — теоретические предсказания на основе Стандартной модели. Никакого статистически значимого расхождения между ними не наблюдается. Изображение из обсуждаемой статьи

21 июля на сайте ЦЕРНа появилась статья коллаборации CMS, в которой сообщается об исследовании дисбаланса в рождении топ-кварков и их антикварков на Большом адронном коллайдере (топ–антитоп-асимметрия). Интерес к этому исследованию связан с тем, что полгода назад детектор CDF, работающий на коллайдере Тэватрон, показал аномально сильную топ–антитоп-асимметрию, доходящую иногда до 50%. Стандартная модель предсказывает для Тэватрона гораздо меньшее значение, на уровне нескольких процентов. Этот дисбаланс между топ-кварками и антикварками, ставший одной из главных загадок коллайдера Тэватрон, подкинул теоретикам повод для фантазий — многие из них увидели в этих данных проявление физики за пределами Стандартной модели.

Аналогичный эффект на LHC заметить намного труднее. Дело в том, что на Тэватроне столкновения изначально несимметричны: с одной стороны прилетает протон, с другой — антипротон. Поэтому при рождении топ–антитоп-пары у каждого из кварков имеется предпочтительная полусфера направлений вылета. На LHC столкновения симметричны: с обеих сторон прилетают протоны. Поэтому дисбаланс между топ-кварками и их антикварками выглядит иначе — не как асимметрия «вперед-назад», а как предпочтение для кварков вылетать под чуть меньшими углами к оси реакции, чем для антикварков. Этот эффект заметно слабее: Стандартная модель предсказывает для LHC асимметрию на уровне 1%. Тем не менее почти сразу стало ясно, что, если большая асимметрия, найденная на Тэватроне, реальна, LHC сможет ее обнаружить уже в течение этого года на статистике 1–2 fb^–1. Более того, в мае в ЦЕРНе прошла мини-конференция, целиком посвященная обсуждению этой загадки и возможностям LHC по ее решению.

И вот сейчас, после обработки статистики, отвечающей интегральной светимости 1,09 fb^–1, коллаборация CMS сообщает, что никакой аномально сильной асимметрии она не видит. Измеренное значение асимметрии получается отрицательным, на уровне –1,5%, что в пределах погрешностей (около 4%) не отличается от предсказаний Стандартной модели даже при больших инвариантных массах топ–антитоп-пар (см. рисунок). Впрочем, представленные данные пока предварительны. Коллаборация CMS не утверждает, что ее результаты закрывают находку CDF, а лишь говорит, что никакого резкого усиления асимметрии пока не видно. Потребуется более кропотливая обработка данных для того, чтобы количественно охарактеризовать расхождение между результатом CDF и CMS.

В целом, можно отметить занятную тенденцию последних месяцев: Тэватрон наблюдает загадочные явления одно за другим, а LHC методично их не подтверждает. Остается лишь надеяться, что некоторые из загадок всё же выживут и превратятся в настоящие проявления Новой физики.