Детектор LHCb видит странности в распадах B-мезонов

Возможные проявления Новой физики можно изучать на Большом адронном коллайдере двумя способами: либо через поиски новых тяжелых частиц и прочей экзотики, либо через аккуратное измерение редких процессов с обычными частицами. Для этого второго метода широкий простор открывают B-мезоны и огромная статистика, накопленная на LHC.

B-мезоны — это тяжелые мезоны, содержащие в своем составе «прелестный» b-кварк. Распадаться B-мезоны могут самыми разными способами, в том числе таким, которые чувствительны к эффектам Новой физики. Среди этих распадов самым громким результатом пока что было открытие сверхредкого распада Bs-мезона, который помогает в поисках суперсимметрии. Но похоже, что у него может появиться «конкурент». На прошедшей недавно конференции EPS HEP 2013 коллаборация LHCb обнародовала новые результаты по распадам B-мезонов, и по крайней мере два из них расходятся с теоретическими предсказаниями. Пару недель спустя в архиве е-принтов появились две статьи LHCb с подробными отчетами. Несмотря на отпускной сезон, уже появилось несколько теоретических статей, обсуждающих эти расхождения.

Речь идет о двух похожих распадах: B⁺ → K⁺μ⁺μ^– (статья arXiv:1307.7595) и B⁰ → K*μ⁺μ^– (статья arXiv:1308.1707). В первом случае распадается заряженный B-мезон, во втором случае — нейтральный; к тому же во втором случае изучается распад с участием не обычного каона, а возбужденного. Несмотря на похожесть процессов, расхождения между данными и теорией касаются в них совсем разных явлений.

В первом случае речь идет об обнаружении некой «структуры» в энергетической зависимости распада, которую, в принципе, можно списать на известную (но никогда не наблюдавшуюся в данном распаде) частицу ψ(4160), которая возникает на промежуточной стадии распада B⁺ → K⁺μ⁺μ^–. Необычным является то, что эта частица влияет на распад слишком сильно, намного сильнее, чем ожидали теоретики. С чем это связано, пока непонятно, но по-видимому эта особенность касается только адронной физики, а не поисков Новой физики.

Второй распад заинтересовал теоретиков сильнее. Измерив угловые распределения продуктов распада, экспериментаторы обнаружили, что одна из изученных 24 величин резко (почти на 4 стандартных отклонения) отличается от теоретических предсказаний. Здесь уже ничего списать на какой-то дополнительный мезон не получится. Если отклонение реально, то оно наверняка происходит на каком-то более фундаментальном уровне и потому может оказаться проявлением Новой физики.

В теоретической статье arXiv:1307.5683, вышедшей по следам этих данных, делается даже более серьезный вывод. Ее авторы проанализировали не только этот конкретный распад, но и другие данные LHCb по B-мезонам. В результате они пришли к интересному выводу: вся эта коллекция B-мезонных результатов в целом показывает устойчивую тенденцию отклоняться от теории в одной конкретной величине (в некотором определенном коэффициенте при описании распада b-кварка). Статистическая значимость расхождения доходит аж до 4,5 стандартных отклонений — это уже близко к тому порогу, за которым физики говорят об открытии нового явления.

Такой эффект не мог не взбудоражить физиков, которым Большой адронный коллайдер до сих пор не принес никакой весточки о Новой физике. Еще в паре теоретических статей проанализированы те же данные с другой точки зрения и предложены новые измерения, которые могла бы выполнить LHCb и которые помогут разобраться в ситуации. Ясно, что поток теоретических статей на эту тему будет продолжаться, однако ключевыми в этой ситуации будут только новые экспериментальные результаты.