ATLAS продолжает искать двухфотонные резонансы

Поиск резонансов в статистике двухфотонных событий, набранных ATLAS в 2015–2016 годах. Показано распределение числа событий по инвариантной массе двух фотонов для двух вариантов анализа, оптимизированных для гипотетических резонансов со спином 0 (слева) и 2 (справа). Внизу показано отклонение данных от наилучшего описания фона. Изображение из обсуждаемой статьи arXiv:1707.04147

Поиск Новой физики — главная научная задача Большого адронного коллайдера. Самый прямой метод — набрать статистику событий рождения какого-то простого набора частиц, например двух фотонов больших энергий, и проверить, нет ли какого-то аномального усиления при больших значениях инвариантной массы рожденной системы. Обычно такие распределения выглядят как плавные зависимости без каких-либо отклонений и вполне описываются фоновыми процессами Стандартной модели. Но изредка всё же обнаруживаются отклонения, и тогда к ним сразу оказывается приковано внимание теоретиков.

Именно рождение фотонных пар с инвариантной массой 750 ГэВ привело недавно к невиданному ажиотажу среди теоретиков (мы следили за развитием ситуации на странице Двухфотонный всплеск при 750 ГэВ). Всплеск, обнаруженный в декабре 2015 года коллаборациями ATLAS и CMS независимо друг от друга, вызвал поначалу фурор. Полгода спустя эта сенсация сдулась, причем столь же стремительно, как и появилась: оказалось, что первые данные 2016 года на вчетверо большей статистике 13 fb⁻¹ не демонстрируют никакого отклонения. Однако набор данных продолжался, и к концу 2016 года было накоплено уже почти 37 fb⁻¹ данных, в которых физики принялись искать всевозможные отклонения.

На днях коллаборация ATLAS завершила анализ двухфотонного канала на всей этой статистике; результаты работы представлены в препринте arXiv:1707.04147 и на сайте коллаборации. На рисунке показан ключевой результат работы: распределение числа зарегистрированных событий по инвариантной массе двух фотонов. Благодаря большой накопленной статистике это распределение уже простирается вплоть до 2700 ГэВ, а в злополучной области масс вокруг 750 ГэВ уже накоплено свыше сотни событий, а не горстка, как в декабре 2015-го. Как и в прошлые годы, физики провели два варианта анализа, оптимизированных для гипотетических резонансов со спином 0 или 2; графики слева и справа отвечают этим двум вариантам. Внизу обоих графиков показаны отличия между данными и плавной кривой, подобранной для наилучшего описания фона.

Цепкий взгляд может выхватить на этих графиках остатки былой аномалии в районе 750 ГэВ: в этой области экспериментальные точки идут в среднем чуть-чуть выше фона. Действительно, аккуратный статистический анализ показывает здесь превышение с локальной статической значимостью 2,6σ для спина 0 и 3,0σ для спина 2. Однако обращать внимание следует не на эти числа, а на глобальную статистическую значимость; именно она характеризует то, насколько необычным выглядит данное отклонение в таком длинном распределении. Оказалось, что глобальная статическая значимость недотягивает даже до 1σ. Иными словами, в такой большой выборке подобная статическая флуктуация хоть где-то вполне вероятна.

Таким образом, хотя визуально в районе 750 ГэВ какое-то отклонение и прослеживается, это не более чем «фантомная боль» исчезнувшего двухфотонного пика, и никаких поводов для заявления об отклонении там или где-либо еще во всем спектре — нет.