Wjj-аномалия отменяется

Распределение событий по инвариантной массе двух струй от 0 до 400 ГэВ. Слева показаны все события, прошедшие отбор. Доминирует тут процесс независимого рождения W и двух струй (показан красным цветом), а также рождения и распада топ-кварка (показан зеленым цветом). Справа показаны те же данные после вычета всего фона, за исключением рождения WW- или WZ-системы. Пунктирной гистограммой показан ожидаемый сигнал в том случае, если бы Wjj-аномалия CDF была реальной. Видно, что в данных ничего подобного нет. Изображение из обсуждаемой статьи

Полтора года назад коллаборация CDF, работавшая на американском протон-антипротонном коллайдере Тэватрон, обнародовала неожиданный результат. При изучении процесса совместного рождения W-бозона и двух адронных струй (краткое обозначение такой системы — Wjj) оказалось, что в распределении по инвариантной массе двух струй имеется хорошо заметный широкий пик в области 150 ГэВ. Мы подробно описывали это измерение и его возможные последствия в новости Недавний результат Тэватрона не вызвал у физиков особого энтузиазма.

Поскольку никакие из основных теорий такое сильное превышение не предсказывали, а сам экспериментальный анализ был довольно тонок, многие физики отнеслись к сообщению очень прохладно, полагая, что речь тут идет о каком-то неучтенном систематическом эффекте в детекторе CDF. Другие, напротив, увидели в этих данных подтверждение той или иной экзотической модели и предъявляли свои расчеты, объясняющие этот эффект разными новыми частицами или явлениями. Так или иначе, но к настоящему времени статья CDF набрала уже свыше 130 цитирований. Эта работа также произвела и заметный отклик в средствах массовой информации, в которых звучали громкие утверждения об «открытии новой частицы».

Поначалу статистическая значимость Wjj-аномалии была невелика, меньше 3 стандартных отклонений. Однако два месяца спустя, после обработки новой порции данных, CDF подтвердил наличие этого эффекта (см. подробности в сообщении Wjj-аномалия, обнаруженная на Тэватроне, усилилась). Статистическая значимость отклонения уже начала приближаться к заветным 5 стандартным отклонениям, а это гарантирует, что чисто статистической флуктуацией этот эффект быть не может. Таким образом, либо перед нами действительно какой-то неучтенный технический эффект, либо коллаборация CDF близка к очень громкому открытию.

Ушатом холодной воды стала вышедшая всего две недели спустя статья DZero — второй коллаборации, работавшей на Тэватроне. Этот детектор никакой Wjj-аномалии не увидел. Более того, было получено серьезное ограничение: если предположить, что какая-то новая частица действительно ответственна за Wjj-аномалию на CDF, то сравнимый по силе сигнал обязан был бы увидеть и детектор DZero. Но он сигнала не видит. Вероятность того, что на DZero произошла статистическая флуктуация вниз, случайно «срезавшая» эту аномалию, оценивалась в тысячную долю процента — то есть такой сценарий очень маловероятен.

Таким образом, между коллаборациями CDF и DZero в этом измерении было выявлено резкое противоречие. Естественный вопрос в этой ситуации: а что скажет по этому поводу Большой адронный коллайдер?

И вот сейчас в архиве е-принтов появилась статья коллаборации CMS (arXiv:1208.3477), дающая ответ на этот вопрос. Используя всю статистику 2011 года, коллаборация CMS провела детальное исследование совместного рождения W-бозона с двумя и с тремя адронными струями (в последнем случае для анализа брались только две самые жесткие струи). Поскольку сечение рождения гипотетических тяжелых частиц на LHC в несколько раз больше, чем на Тэватроне, Большой адронный коллайдер смог измерить этот процесс с лучшей точностью, чем Тэватрон.

На рисунке показаны те самые два графика, которые фигурировали в наших прошлых новостях (сравните их с рис. 2 и 3 первой новости и с рисунком второй). По данным CMS, в распределении по инвариантной массе двух струй не видно никакого пика в области от 100 до 200 ГэВ. Полученное отсюда ограничение сверху на сечение любого аномального процесса составляет 5 pb, что в три с лишним раза меньше того, что следовало бы ожидать, если бы CDF был прав.

Таким образом, можно считать, что детектор CMS поставил точку в эпопее с Wjj-аномалией. Эффект, замеченный коллаборацией CDF, наверняка является артефактом детектора или метода обработки данных. Кроме того, результат CMS закрыл и пару теоретических моделей, построенных специально для объяснения данных CDF. Эта работа продолжает череду публикаций LHC, в которых не подтверждаются подозрительные эффекты, найденные на Тэватроне в последние два года его работы.