Детектор CMS видит сильный избыток странных адронов

Отношение предсказанного программой PYTHIA числа рожденных частиц к реальным данным в зависимости от поперечного импульса: K_S⁰-мезоны (вверху), Λ-гипероны (в центре) и Ξ^–-гипероны (внизу). Черным цветом показаны отношения при энергии 7 ТэВ, красным цветом — при энергии 0,9 ТэВ. Точки разного типа относятся к разными вариантам программы PYTHIA; серая и розовая полосы показывают типичную неопределенность в программах моделирования. Видно, что все отношения лежат существенно ниже единицы, что означает сильную недооценку программой числа рожденных частиц. Рисунок из обсуждаемой статьи

Одна из задач Большого адронного коллайдера на ранних этапах работы — изучение того, как часто в столкновении протонов рождаются адроны того или иного типа. С одной стороны, эти данные расскажут о свойствах сильного взаимодействия при рекордно высоких энергиях, в частности о том, как разлетающиеся во все стороны кварки объединяются в мезоны и барионы в ходе адронизации. С другой стороны, сравнение этих данных с результатами моделирования позволит лучше настроить моделирующие программы. Правильно настроенные программы моделирования будут абсолютно необходимы в будущем, когда физики будут выискивать редкие проявления новой физики из потока стандартных событий.

За первые недели и месяцы работы коллайдера были уже получены данные по рождению самых легких адронов. Среди обнаруженных эффектов были как ожидавшиеся, так и неожиданные явления, с которыми теоретики еще не до конца разобрались. А сейчас экспериментаторы провели более тонкое исследование и предъявили результаты анализа множественного рождения так называемых «странных» адронов — мезонов и барионов, содержащих s-кварк. Статья коллаборации CMS, посвященная именно этому процессу, появилась на днях в архиве электронных препринтов.

В этой статье описаны данные по рождению K_S⁰-мезонов и Λ- и Ξ^–-гиперонов («лямбда»- и «кси-минус»-гиперонов), а также их античастиц. Измерения производились при полной энергии протонных столкновений 0,9 ТэВ и 7 ТэВ. Были изучены распределения этих частиц по поперечному импульсу и по быстроте, а также были сосчитаны отношения между частотами рождения этих частиц. Оказалось, что эти частицы рождаются примерно в 2–3 раза чаще, чем предсказывала программа численного моделирования PYTHIA, повсеместно использующаяся при изучении адронных столкновений.

В принципе, эта ситуация не является экстраординарной, хотя и удовлетворительной ее тоже назвать нельзя. Процесс множественного рождения адронов теоретически строго сосчитать не удается, и потому приходится проводить численное моделирование с несколькими подстроечными параметрами. В прошлом нередки были случаи, когда эти параметры оказывались неудачными при выходе на новые рубежи энергий, и тогда программу требовалось перенастраивать заново. Такая ситуация повторяется и теперь, и поэтому физикам сейчас придется дождаться новой версии программы. Если же быстрая подстройка программы не удастся, это будет означать, что теоретики что-то не учитывают при описании рождения странных адронов.