В данных ATLAS и CMS наблюдается любопытное отклонение при 2 ТэВ

Рис. 1. Результаты поиска коллаборацией ATLAS тяжелых резонансов с массой от 1 до 3,5 ТэВ, распадающихся на пару бозонов W и Z. Точки — экспериментальные данные, сине-зеленая гистограмма — ожидания Стандартной модели. Нижний график — расхождение между данными и Стандартной моделью, измеренное в стандартных отклонениях. Цветные гистограммы — примеры резонансов, которые могли бы появляться в разных моделях Новой физики. Изображение из статьи ATLAS Collaboration, 2015. Search for high-mass diboson resonances with boson-tagged jets in proton-proton collisions at √s = 8 TeV with the ATLAS detector

Коллаборации ATLAS и CMS в недавней серии публикаций отчитались о поиске тяжелых частиц-резонансов. Несмотря на то что никаких громких открытий они не принесли, отдельные наблюдения всё же вызвали заметный интерес. Так, обе группы сообщают об избытке событий с инвариантной массой около 2 ТэВ — правда, в двух разных каналах поиска.

Коллаборация ATLAS в ходе поиска тяжелых резонансов с массой от 1 до 3,5 ТэВ, распадающихся на пару бозонов (то есть на WW-, WZ- или ZZ-пары), обнаружила аномально большое число событий с инвариантной массой около 2 ТэВ (рис. 1). Поиск выполнялся следующим образом. Вначале отбирались все события с двумя широкими адронными струями и с инвариантной массой двух струй больше 1 ТэВ. Такие события — а их набралось больше миллиона — являются индикаторами какого-то жесткого процесса, который произошел при столкновении протонов. Однако в подавляющем большинстве случаев это было обычное рассеяние двух кварков или глюонов друг на друге. Чтобы отсеять этот фон и оставить только события с рождением и распадом двух бозонов, применялась методика идентификации внутренней структуры струй, которая позволяет неплохо различать разные варианты их происхождения.

После такого отбора осталось всего несколько сотен событий для WW-, WZ- и ZZ-поисков. Практически во всей области инвариантных масс эти события хорошо согласовывались с ожиданиями Стандартной модели. Однако на самом пороге чувствительности, при 2 ТэВ, там, где для варианта WZ- ожидалось около двух событий, их обнаружилось целых восемь. Локальная статистическая значимость этого отклонения составила 3,4σ, а глобальная — та, которая учитывает эффект заглядывания во все углы, — 2,5σ. Аналогичные отклонения с чуть меньшей статистической значимостью наблюдались и для WW- и ZZ-поисков. Впрочем, надо уточнить, что эти три типа поисков были скоррелированы друг с другом, поэтому их не следует считать тремя независимыми подтверждениями одной аномалии.

Авторы работы выполнили многочисленные проверки методики отбора и анализа данных на возможные артефакты. Нигде больше аномалий они не видят; отклонение наблюдается именно при двухбозонном варианте возникновения струй.

Второе сообщение, на этот раз — от коллаборации CMS, еще даже не оформлено в виде полновесной статьи, а появилось только в форме краткого научного сообщения. В нем рассказывается о поиске резонансов, но совсем в другом канале распада: на W- и хиггсовский бозон. W-бозон детектировался по лептонному распаду (электрон или мюон и нейтрино), а хиггсовский бозон — по своему основному распаду на b-кварки.

На рис. 2 видно, что в районе 1,8 ТэВ наблюдается всплеск. Здесь зарегистрированы три события, хотя по предсказаниям Стандартной модели маловероятно было бы даже одно. Самое странное, что этот всплеск наблюдается только в электронном, но не в мюонном канале распада. При низких инвариантных массах в электронном канале тоже имеется нестыковка с предсказаниями, но, правда, в другую сторону. Статистическая значимость отклонения мала, около 2σ; само по себе это вообще ни о чем существенном не говорит, но вкупе с данными ATLAS вызывает определенное любопытство.

Рис. 2. Распределение событий по инвариантной массе WH-пары в области выше 750 ГэВ для мюонного (слева) и электронного (справа) варианта распада W-бозона. Точки — данные, цветные области — фон Стандартной модели. Изображение из публикации CMS Collaboration, 2015. Search for massive WH resonances decaying to ℓνbb̅ final state in the boosted regime at √s = 8 TeV

К сожалению, есть моменты, которые сбивают ажиотаж и тут. Во-первых, коллаборация CMS недавно выпустила другую статью, в которой тоже анализируется поиск резонансов в WH-канале, но только с адронным распадом W-бозона. Там никаких существенных отклонений не видно. Во-вторых, комбинация свойств, обнаруженных ATLAS и CMS, слишком странная, чтобы легко вписаться в какую-то естественную теоретическую модель. Тем не менее это еще одно подозрительное отклонение, за которым надо будет внимательно следить во время второго сеанса работы коллайдера.