Moriond 2017: в двухструйных событиях по-прежнему не видно отклонений

Распределение двухструйных событий по инвариантной массе в области выше 1 ТэВ. Черные точки — экспериментальные данные, красная кривая — наилучшее описание фоновыми процессами, пустые символы — примеры того, как выглядело бы это распределение, если бы в природе существовали возбужденные кварки с массой несколько ТэВ. В нижней части графика показаны отклонения данных от наиболее близкого приближения фоновыми процессами. График с сайта atlas.cern

На прошедшей в марте серии конференций Moriond 2017 экспериментальные группы с Большого адронного коллайдера показали подборку предварительных результатов, полученных на основе всей накопленной к настоящему моменту статистики сеанса Run 2. Статистика эта, надо сказать, весьма солидная. Интегральная светимость, набранная детекторами ATLAS и CMS в рамках этого сеанса, составляет 37 fb⁻¹, что в полтора раза больше всей статистики сеанса Run 1. Кроме того, при повышении энергии с 8 до 13 ТэВ сечение многих экзотических процессов — а значит, и количество зарегистрированных событий — выросло в разы. Поэтому сейчас коллайдер, по сути, кардинально обновляет все свои результаты в области масс выше 1 ТэВ.

Один из самых быстрых для обработки процессов — это рождение адронных струй высоких энергий. Каждый раз, когда коллайдер берет новый рубеж по энергии или светимости, физики проверяют, нет ли каких-то всплесков или иных особенностей на плавном распределении числа событий по инвариантной массе. В 2015 году, когда коллайдер только заработал после двухлетнего перерыва, детекторы набрали скромную статистику 2–3 fb⁻¹. Коллаборации ATLAS и CMS сразу же проверили многоструйные распределения, но никаких статистически достоверных отклонений от плавной зависимости не нашли (см. новость Многоструйные события при 13 ТэВ не принесли сюрпризов). Год спустя была уже обработана впятеро большая статистика, накопленная к лету, однако новый анализ опять не показал ничего необычного.

Сейчас, после обработки всей статистики 2015 и 2016 годов, объем данных возрос еще втрое, и это стало поводом для коллабораций обновить свои результаты по рождению двух струй большой энергии. Недавно ATLAS завершила такой анализ (arXiv:1703.09127); популярный рассказ об этой работе можно найти в заметке Particle-hunting at the energy frontier.

Детектор зарегистрировал десятки миллионов двухструйных событий с инвариантной массой выше 1 ТэВ и поперечным импульсом одной струи как минимум 0,44 ТэВ. Событие-рекордсмен содержало две адронные струи с поперечным импульсом аж 3,8 ТэВ и инвариантной массой 8,12 ТэВ. Распределение по инвариантным массам, однако, оставалось довольно гладким, в согласии с ожиданиями Стандартной модели. Если бы существовали новые тяжелые сильно взаимодействующие частицы с массой несколько ТэВ, то они были бы хорошо видны на этом графике в виде четко локализованных бугров. Отсутствие таких особенностей позволило установить ограничение снизу на массу гипотетических частиц: 6 ТэВ для возбужденных кварков и почти 9 ТэВ для микроскопических черных дыр.

Коллаборация ATLAS пошла еще дальше и смогла косвенно проверить наличие даже таких тяжелых частиц, для рождения которых не хватило бы всей энергии столкновения. Дело в том, что такие гипотетические частицы, в виртуальном виде, могли бы изменить угловое распределение двух адронных струй. Это распределение тоже было измерено и сравнено с предсказаниями Стандартной модели, но никакого существенного различия не было найдено и тут. Ограничение снизу на масштаб новых взаимодействий (условно говоря, на массу гипотетических сильно взаимодействующих частиц) составил 29 ТэВ.

Таким образом, детектор ATLAS показал, что никаких кардинальных, бросающихся в глаза изменений в поведении сильно взаимодействующих частиц нет вплоть до масс порядка 30 ТэВ. Если какая-то Новая физика здесь все же существует, то она либо приводит к более тонким эффектам, которые надо аккуратно отделять от фона, либо затрагивает прежде всего частицы, не участвующие в сильном взаимодействии. Аналогичный анализ от CMS пока не завершен, но его предварительные результаты можно найти в публикации CMS-PAS-EXO-16-056. В них также не видно ничего необычного.