Аномалия в рождении eejj-системы не подтвердилась

Распределение по инвариантной массе комбинации eejj по данным детектора CMS, накопленным в 2016 году. Экспериментальные данные (точки) в пределах погрешностей согласуются с фоном от различных процессов Стандартной модели. Изображение с сайта cds.cern.ch

В 2013–2014 годах, когда Большой адронный коллайдер проходил этап модернизации и не накапливал данные, детекторные коллаборации вовсю анализировали статистику, набранную в сеансе Run 1. Тогда, в ходе массированного наступления на микромир, было обнаружено с десяток намеков на долгожданные отклонения от Стандартной модели. Коллаборации CMS и ATLAS выявили несколько эффектов при больших инвариантных массах рожденных частиц, которые не удавалось списать на фоновые процессы, а также получили пару загадочных результатов в рождении и распаде бозона Хиггса. Коллаборация LHCb, чей детектор заточен под изучение B-физики, тоже обнаружила несколько отклонений от теоретических предсказаний в различных распадах B-мезонов.

Все эти намеки вызвали огромный интерес у теоретиков. Всё выглядело так, словно оставалось поднажать еще чуть-чуть — и Стандартная модель наконец-то даст трещину и позволит нам выйти на новый уровень описания микромира. В рамках нашего проекта мы тоже начали пристально следить за этими намеками, запустив страничку Загадки коллайдера (см. версию за 2015 год).

Затем стартовал сеанс Run 2, с которым физики связывали большие надежды. В 2016 году появились первые результаты, полученные на скромной статистике 2015 года, а год спустя вовсю пошел поток статей, базировавшихся на данных рекордного по производительности 2016 года. И увы — загадочные намеки при высоких энергиях один за другим начали исчезать.

Одним из последних среди этих результатов оставался процесс рождения электрон-позитронной пары и двух адронных струй высоких энергий (система eejj). Конечно, такая комбинация частиц рождается очень часто и в рамках Стандартной модели, но обычно ее инвариантная масса M(eejj) невелика, сотня-другая ГэВ. При инвариантных массах выше 1 ТэВ ожидается резкое падение числа событий с ростом M(eejj). В 2014 году коллаборация CMS, однако, сообщила, что на фоне этого падения замечен резкий всплеск в районе 2 ТэВ. Мы описали подробности этого анализа на странице eejj-отклонение.

Долгое время новостей по поводу этого процесса не было. И только совсем недавно, в середине декабря 2017 года, коллаборация CMS представила предварительные результаты, основанные на всей статистике 2016 года (публикация CMS-PAS-EXO-17-011). По сравнению с сеансом Run 1 число событий такого типа возросло в несколько раз. Если раньше в области 2 ТэВ и выше было около десятка событий, то теперь их стало свыше полусотни. И если раньше всплеск попадал почти на границу измеренного спектра — туда, где часто бывают статистические флуктуации, — то теперь эта область была доступна аккуратному измерению.

Полученное CMS распределение по инвариантной массе приведено на рисунке выше. Как видно, спектр идет вниз вполне плавно и не демонстрирует никаких отклонений от фоновых процессов. Ничего необычного нет также и в другом варианте этого анализа, с мюонами. Там некоторые точки хотя и отличаются от результатов моделирования, но не более чем на пару стандартных отклонений. Таким образом, обнаруженная в данных Run 1 аномалия оказалась обычной статистической флуктуацией, а вовсе не свидетельством в пользу новой частицы или явления. Ну а сам факт того, что отклонений от фона не видно, позволил физикам установить еще более сильное ограничение снизу на массу гипотетического нового тяжелого W-бозона: даже если он и существует, он должен быть тяжелее 4,4 ТэВ.