Многоканальный анализ ставит под сомнение реальность пика при 2 ТэВ

Рис. 1. Сравнение экспериментальных данных по рождению WZ-пары со Стандартной моделью в области инвариантных масс от 200 до 2500 ГэВ. По вертикали показана вероятность случайной флуктуации данных (local p-value); она же, пересчитанная в стандартные отклонения, показана красным пунктиром. Разноцветные кривые показывают разные каналы распада W- и Z-бозонов. Красной сплошной линией показан чисто адронный канал — именно в нем видно отклонение. Синим показано объединение по всем каналам распада. Изображение из статьи ATLAS Collaboration, 2015. Combination of searches for WW, WZ, and ZZ resonances in pp collisions at √s = 8 TeV with the ATLAS detector

Одним из самых любопытных результатов первого сеанса работы Большого адронного коллайдера стало подозрительное отклонение от предсказаний Стандартной модели в районе 2 ТэВ. Полгода назад коллаборация ATLAS сообщила, что при изучении парного рождения W- и Z-бозонов, распадающихся по адронному каналу, был обнаружен пик при 2 ТэВ в распределении по инвариантным массам этой пары. Любопытно, что и CMS в этой области тоже видит нечто необычное, но, правда, в другом процессе. Подробнее про эти результаты см. в нашей новости В данных ATLAS и CMS наблюдается любопытное отклонение при 2 ТэВ, а текущую сводку результатов можно найти на страничках WZ-пик при 2 ТэВ на ATLAS и WH-пик при 1,8 ТэВ на CMS.

Поскольку результат ATLAS базируется на относительно новой методике анализа широких струй (выявление субструктуры струи и опознания в ней результатов адронного распада W- или Z-бозонов), были высказаны осторожные замечания, что выводы, возможно, преждевременны. Отчасти в ответ на эти замечания коллаборация ATLAS представила в октябре подробный отчет об изучении и оптимизации методики.

На днях этот коллектив сделал следующий шаг. В недавней статье Combination of searches for WW, WZ, and ZZ resonances in pp collisions at √s = 8 TeV with the ATLAS detector был представлен систематический поиск двухбозонных резонансов с учетом всех каналов распада бозонов, как лептонных, так и адронных. Анализ проводился отдельно для гипотетических нейтральных частиц, распадающихся на WW- или ZZ-пару (например, тяжелых партнеров гравитона в рамках многомерных моделей сильной гравитации на «ТэВном» масштабе) и для гипотетических заряженных частиц, распадающихся на WZ-пару (например, частиц — переносчиков новых взаимодействий).

Результаты анализа подтвердили статус-кво предыдущих заявлений ATLAS (см. рисунок). Отклонение от Стандартной модели действительно наблюдается, но оно видно исключительно в адронном канале распада. Ни чисто лептонный распад, ни смешанный распад (один из бозонов распадается на лептоны, второй — на адроны) не показали никакого мало-мальски заметного отклонения. Локальная статистическая значимость отклонения, которая для чисто адронного канала составляла 3,4σ, упала до 2,5σ при объединении по всем каналам. Глобальная статистическая значимость упала ниже 2σ.

Таким образом, ATLAS напрямую подтверждает опасение, что адронный пик при 2 ТэВ не согласуется с лептонными данными. Если бы новая частица действительно существовала и распадалась на WZ-пару, всплеск должен был бы проявиться во всех каналах распада. Несостыковка результатов лептонных и адронных поисков заставляет сильно усомниться в реальности этого отклонения.

В свете этих результатов наиболее честным описанием ситуации будет фраза из заключительной части статьи ATLAS: при учете широкого диапазона инвариантных масс и всех каналов распада, никакого статистически значимого отклонения от предсказаний Стандартной модели не выявлено. Вкупе с тем фактом, что самые первые результаты Run 2 тоже не показывают здесь ничего выдающегося, есть весомые основания считать, что «2-ТэВная» аномалия вскоре сойдет на нет.