Детектор LHCb впервые зарегистрировал поляризацию фотонов в распаде b-кварка на s-кварк

Среди всего многообразия распадов разных адронов физиков особенно интересуют такие распады, которые по какой-то причине очень неохотно идут в Стандартной модели. Дело в том, что если какой-то распад очень редкий в Стандартной модели, он может быть значительно усилен какими-то эффектами Новой физики. Поэтому изучение таких распадов полезно с точки зрения поиска отклонений от Стандартной модели.

Важный класс таких процессов — это распады тяжелых кварков на более легкие кварки того же заряда. Хрестоматийный пример здесь — распад b-кварка (заряд −1/3) на s-кварк (заряд тоже −1/3) с испусканием фотона. Просто так этот распад не произойдет, ведь фотоны не умеют менять тип кварка. Тип кварка меняется в слабых взаимодействиях, но он в подавляющем большинстве случаев сопровождается изменением заряда (например, распад b-кварка на c-кварк). Распад b на s и фотон возможен в Стандартной модели только за счет виртуальных промежуточных частиц, которые на время возникают в процессе распада и затем снова пропадают. Разные варианты Новой физики могут тоже оказывать влияние на этот процесс.

Чтобы попытаться различить эти два источника распада, полезно не просто зарегистрировать такой распад (а точнее, распад соответствующих адронов), но и досконально измерить все его характеристики. Одна из этих характеристик — это поляризация испущенного фотона. В рамках Стандартной модели фотон вылетает преимущественно с левой круговой поляризацией, но в других моделях поляризация может приобретать существенную долю правой поляризации.

На днях в журнале Physical Review Letters была опубликована статья коллаборации LHCb, в которой впервые сообщается о надежной регистрации поляризации фотона в этом распаде. Конкретный адронный процесс, который там изучался, — это распад B⁺ мезона на три адрона (K⁺π⁻π⁺) и фотон. Физики выяснили, что фотон вылетает несимметрично относительно плоскости, образованной тройкой конечных адронов, что однозначно говорит в пользу того, что он поляризован.

Однако непосредственно измерить поляризацию, сравнить ее с предсказаниями Стандартной модели, и проверить, нет ли тут каких-то отклонений от нее, пока не удалось. Для этого физикам требуются более детальные теоретические расчеты этого процесса, так что слово теперь за теоретиками.