Опубликованы окончательные результаты CMS и LHCb по сверхредким распадам B-мезонов
На днях в архиве е-принтов появилась совместная статья двух крупных коллабораций, CMS и LHCb, посвященная измерению вероятностей двух сверхредких распадов B-мезонов: Bs → μ+μ– и B → μ+μ–. Эти распады обладают совершенно мизерными вероятностями: около трех миллиардных для Bs-мезона и около одной десятимиллиардной (!) для B-мезона. Но как раз из-за своей малости они исключительно важны в плане поиска Новой физики, так что неудивительно, что физики охотились за ними последние 30 лет. И только на LHC благодаря его высокой светимости эти распады наконец-то начали проступать в экспериментальных данных. Собственно, регистрация этих распадов является одним из важнейших научных результатов работы LHC в сеансе Run 1.
Мы следили за прогрессом в этих поисках и сообщали об их промежуточных итогах. Первые намеки стали появляться в конце 2012 года, а в прошлом году данные CMS и LHCb были обновлены и объединены (сводку данных LHC по этим распадам см. на странице Редкие распады B-мезонов: результаты). Надо сказать, что прошлогодние данные являлись предварительными и были показаны только на конференциях. Двум коллаборациям потребовалось больше года для того, чтобы окончательно проработать и перепроверить все детали анализа и предъявить публике окончательный результат (он окончательный, конечно, только по данным Run 1).
Измеренные в эксперименте значения вероятностей этих распадов оказались равными (2,8+0,7–0,6)·10–9 для Bs-мезона и (3,9+1,6–1,4)·10–10 для B-мезона. Эти данные вкупе со своими погрешностями показаны на рисунке. Если для Bs-мезона это значение почти не изменилось по сравнению с предварительными данными и очень близко к предсказаниям Стандартной модели, то для B-мезона оно слегка подросло и стало еще сильнее отличаться от предсказаний. Последний факт очень любопытен и может указывать на что-то интересное — при условии, конечно, что отличие сохранится в будущих данных.
Сейчас данные показывают для B-мезона вероятность распада почти в четыре раза (!) выше, чем предсказывает Стандартная модель. Но из-за больших погрешностей статистическая значимость этого расхождения мала и ни о чем серьезном пока не говорит. Этот результат оставляет большой простор для фантазии и тем интереснее проверить его во время следующего сеанса работы коллайдера. Статистика тогда увеличится в несколько раз, погрешности уменьшатся, и если отличие реально, его статистическая значимость вырастет. Регистрация такого типа отклонений от Стандартной модели является, наряду с возможным открытием новых частиц или явлений, одной из главных надежд физиков на сеанс LHC Run 2.
-
А вот мне кажется, что даже самые многообещающие результаты по редким распадам никак не приблизят нас к Новой физике. Просто потому, что результаты нельзя будет проинтерпретировать. Нельзя выбрать правильную модель из миллиона возможных, имея в руках всего 2-3 числа. Нужно иметь что-то еще, ну я не знаю, распределение продуктов распада по энергиям или углам. Только тогда можно будет строить осмысленные теории. А в виду того, что распад редкий, перспективы такого развития событий крайне туманны.
-
Прежде всего, ситуация сейчас такая, что любое достоверное наблюдение какого-то явления, не вписывающегося в СМ, будет ключевым успехом. Не исключено, что такое наблюдение, даже само по себе, без четкого объяснения, принесет Нобеля.
Тперь насчет интерпретации. Теоретики строят не модели какого-то конкретного распада, а модели всей той новой динамики, которая стоит за ним. Модель предсказывает, что скоррелированные отклонения будут сразу во многих распадах или реакциях, а не только в чем-то одном. Поэтому как только будет получен один сигнал новой физики, из него последуют предсказания для других сигналов, и люди начнут лихорадочно их проверять.
Конкретно здесь, если распад Bs на мюонную пару будет достоверно отличаться от СМ, то должны отличаться и распады B на каон и мюонную пару. А это уже трехчастичный распад, а значит, появляется возможность строить разные распределения. Последуют также предсказания для различных реакций, в которых используется превращения s-кварка в b-кварк. В общем, нам нужен достоверный «пусковой сигнал» от природы, а дальше ситуация начнет быстро раскручиваться.
-
«Существование частиц, получивших названия Xi_b' и Xi_B*, было предсказано ранее кварковой моделью, но до сих пор их обнаружить не удавалось, - говорится в сообщении на сайте ЦЕРН. - Родственная им частица под названием Xi_b*0, была открыта в ЦЕРН в 2012 году».
Как разъяснил старший научный сотрудник Института ядерных исследований Российской академии наук Дмитрий Горбунов, в каждом из открытых ныне барионов имеется один тяжелый b-кварк и два легких - s и d-кварки.
И почему данные о вероятностях по двум мезонам образуют единую диаграмму? Не говорит ли это о возможности дополнительных систематических ошибок? Так, я вижу, вероятность распада B кажется повышенной, а вероятность B_s, наоборот, пониженной.
-
> А что именно может скрываться за повышенной вероятностью распада B мезона? Можно ли назвать это с определённостью?
Конечно нет. Более того, пока что нет оснований утверждать, что эта вероятность действительно повышенная, поскольку слишком большие погрешности. Вот когда будет _достоверно_ показано, что повышенная, тогда начнется ажиотаж. И тогда люди будут описывать ее разным моделями с новыми частицами или взаимодействиями, делать предсказания для других процессов и т.д. Из совокупного анализа всех таких данных и будет делаться вывод в пользу той или иной теории.
> И почему данные о вероятностях по двум мезонам образуют единую диаграмму?
Данные можно рисовать и отдельно, их так раньше и рисовали, посмотрите более ранние новости по ссылкам. Я так понимаю, что у этих двух измерений погрешности кореллируют, поэтому было решено их показать на едином графике. Дополнительных ошибок этот _осознанный_ выбор не привносит.
> вероятность распада B кажется повышенной, а вероятность B_s, наоборот, пониженной.
Да, но для Bs отклонение в пределах 1 сигмы, если спроецировать только на это измерение. А вот B отличается сильнее.-
>> И почему данные о вероятностях по двум мезонам образуют единую диаграмму?
> Данные можно рисовать и отдельно, их так раньше и рисовали, посмотрите более ранние новости по ссылкам. Я так понимаю, что у этих двух измерений погрешности кореллируют, поэтому было решено их показать на едином графике.
Все так и есть. Bs от B0 отличается только по инвариантной массе пары мюонов, а разрешение по этому параметру (особенно у CMS) ограничено. Если бы разрешение было еще раза в 2 хуже, можно было бы измерять только сумму Bs и B0. А так, эти два распада разделить статистически все же можно, но есть отрицательная корреляция между измеренными вероятностями. Это и по картинке видно.
-
Последние новости
Объединенные результаты CMS и LHCb по вероятностям распада B-мезона (по вертикали) и Bs-мезона (по горизонтали) на мюон-антимюонную пару. Крестиком показано центральное значение данных, контуры охватывают области, лежащие в пределах 1σ, 2σ, 3σ и так далее от центрального значения. Красным крестиком показано предсказание Стандартной модели. Изображение из обсуждаемой статьи