ATLAS видит небольшой всплеск в VH-канале при 3 ТэВ

Распределение событий рождения ZH-пары и ее распада на адроны по инвариантной массе пары. Черные точки — данные коллаборации ATLAS, цветные гистограммы — разные источники фона Стандартной модели. Красный пунктир — пример того, как выглядел бы вклад от нового резонанса с массой 2 ТэВ. Изображение из обсуждаемой публикации

Самый прямой способ искать проявления Новой физики — это изучать рождение разных наборов частиц при больших инвариантных массах, в той области, куда предыдущие эксперименты дотянуться не могли. Стандартная модель предсказывает, что сечение всех таких процессов будет плавно спадать с ростом инвариантной массы. Если же в природе существует новая частица, то она проступит в этих данных как бугорок на фоне плавной зависимости. Именно за такими всплесками и охотится коллайдер в области инвариантных масс 1 ТэВ и выше.

За последние годы уже прозвучало несколько громких сообщений об обнаружении подобных всплесков, за которыми мы следили на странице Загадки коллайдера. Кроме двухфотонного пика при 750 ГэВ, наделавшего немало шума в прошлом году, были и два всплеска в районе 2 ТэВ: один в WZ-канале, обнаруженный ATLAS, второй — в WH-канале в эксперименте CMS. Все они стимулировали интенсивную деятельность теоретиков, но при поступлении новых данных сошли на нет.

Однако набор данных продолжается, и, накопив уже интегральную светимость 36 fb⁻¹ при энергии 13 ТэВ, коллайдер способен «прощупать» область при еще больших инвариантных массах. Предварительные результаты были представлены недавно на конференциях из серии Moriond. В двухфотонных, двухструйных, многолептонных каналах никаких всплесков не видно. Двухбозонные процессы вида VV или VH, где буква V обозначает W- или Z-бозон, более сложны для анализа. W- и Z-частицы, а также хиггсовский бозон H, распадаются очень быстро, и детектор видит лишь продукты этого распада. Если мы хотим отловить события их парного рождения (VV или VH) и восстановить инвариантную массу пары, то удобнее всего регистрировать эти частицы по чисто адронному каналу распада. Обычно это не составляет проблемы: скажем, бозон Хиггса распадается на кварк и антикварк, которые порождают две хорошо различимые струи. Но в ситуации, когда V или H летят с большой скоростью, — а именно так и получается для инвариантных масс VV- или VH-пар выше 1 ТэВ, — эти продукты распада сливаются в одну широкую струю. Отличить ее от обычных струй уже тяжелее. Для этого несколько лет назад были разработаны новые методы, про которые мы писали в новости Детальная структура адронных струй помогает анализировать новые типы процессов.

Представленные на Moriond 2017 результаты по VV-каналу (то есть WW-, WZ- или ZZ-рождению) не показали никаких аномалий, лишний раз подтвердив, что всплески при 2 ТэВ были артефактами. Зато в канале VH коллаборация ATLAS обнаружила превышение при 3 ТэВ (см. график). Предварительные результаты коллаборации представлены в публикации ATLAS-CONF-2017-018. Локальная статистическая значимость превышения — примерно 3,3σ, глобальная — 2,2σ. Это, конечно, скромные показатели, — физики видели и куда более серьезные всплески, которые потом рассасывались, — но, как минимум, в ближайшее время потребуется обращать на него пристальное внимание.

Надо добавить, что этот всплеск — не новый. Еще в прошлом году, на летней конференции ICHEP 2016, коллаборация уже сообщала об этом отклонении. С тех пор было обработано в несколько раз больше данных, но статистическая значимость отклонения почти не выросла. Что касается коллаборации CMS, то ее предварительные данные (публикация CMS-PAS-B2G-17-002) показывает лишь очень слабое отличие и, к тому же, при другой массе — около 2,6 ТэВ. По опыту прошлых лет, всё это обычно свидетельствует о том, что за таким отклонением ничего реального не стоит. Это объясняет очень сдержанную реакцию теоретиков: за целый месяц почти не появилось статей с объяснением нового всплеска. Тем не менее, торопиться с выводами пока не стоит.