Загадка топ-антитоп-асимметрии на Тэватроне, похоже, исчезла

Результаты коллаборации DZero по измерению топ-антитоп-асимметрии на Тэватроне. Разные точки отвечают данным с различными критериями отбора. Их усредненное значение показано вертикальной пунктирной линией. Вертикальная сплошная линия — теоретически предсказанный результат, который в пределах погрешности совпадает с новым измерением. Изображение из обсуждаемой статьи

Несколько лет назад, когда Большой адронный коллайдер только готовился к запуску, основные поиски новых частиц и явлений велись на американском протон-антипротонном коллайдере Тэватрон. Работа этого коллайдера завершилась в 2011 году, но в последние годы своей работы Тэватрон успел произвести немало любопытных и даже загадочных результатов. Обработка накопленных данных Тэватрона продолжается до сих пор, хотя ясно, что сейчас главную эстафету уже принял LHC. И к официальному списку его научных задач можно добавить еще одну, неофициальную, — разобраться со всеми загадками Тэватрона.

Надо сказать, что на Тэватроне работало два основных детектора, CDF и DZero, и их выводы далеко не всегда совпадали. Были прецеденты, когда один из детекторов видел какое-то существенное отклонение от Стандартной модели, но второй детектор этого не подтверждал. Однако оба они сходились во мнении по поводу одного необычного явления — аномально большой асимметрии между топ-кварками и антикварками. Популярное изложение этого результата см. в записи Любопытные новости с Тэватрона.

Об очень сильной асимметрии — в несколько раз больше предсказаний Стандартной модели! — впервые сообщила в 2011 году коллаборация CDF, а полгода спустя ее данные подтвердила DZero. Для теоретиков это был лакомый кусочек — ведь такое сильное отклонение от Стандартной модели могло указывать на какую-то новую теорию, которая вот-вот будет открыта на LHC. Год спустя новый анализ CDF на еще большей статистике данных по-прежнему подтверждал существенную асимметрию. В то же время Большой адронный коллайдер никакой особенной асимметрии не наблюдал — но это не слишком удивляло, поскольку LHC под такие измерения не оптимизирован.

Поскольку никаких иных существенных отклонений от Стандартной модели видно не было, а все остальные загадки Тэватрона постепенно рассасывались, у физиков оставалась надежда, что вот эта асимметрия реальна и что она действительно окажется первой ласточкой Новой физики. Однако похоже, что вышедшая на днях новая статья DZero ставит на этих надеждах жирный крест.

Два года назад Тэватрон рапортовал об асимметрии, достигавшей десятков процентов. Сейчас коллаборация DZero сообщает, что анализ более широкого класса данных дает совсем небольшую асимметрию — примерно (4,2 ± 2,3 ± 2,0)%. Две неопределенности здесь отвечают статистической и систематической погрешностям. Это вполне согласуется с предсказаниями Стандартной модели — примерно 2,0%.

Надо пояснить, за счет чего так сильно изменились результаты DZero. В исследуемых процессах рождается топ-кварк и его антикварк. Каждый из них распадается либо на несколько адронов, либо на лептон и адроны. Искать асимметрию между кварками и антикварками можно разными способами, и самый естественный из них — выделить один лептон и несколько адронных струй. Ранние результаты были получены при анализе событий вида «лептон + 4 или более струй». Сейчас класс событий расширился до «лептон + 3 или более струй», то есть много событий, которые раньше не учитывались, сейчас были добавлены в анализ. Кроме того, сама процедура обработки данных стала еще прозорливее (см. некоторые подробности в блоге Tommaso Dorigo).

Анализ показал, что в 4-струйных событиях действительно остается большая асимметрия, однако она полностью нивелируется 3-струйными событиями (см. рисунок). Отличие остается, но оно уже сравнимо с погрешностью.

Теперь слово за CDF. Если окажется, что и эта коллаборация понизит свои результаты, ни о каком расхождении теории с экспериментом уже не будет идти речи. Ранние сообщения Тэватрона тогда придется признать ложной тревогой, вызванной либо статистическими флуктуациями, либо не вполне надежным анализом данных. Таким образом, возникает ощущение, что и последняя загадка Тэватрона постепенно сходит на нет.