Детектор ATLAS видит еще одно небольшое отклонение от Стандартной модели

Рис. 1. Отбор событий с как минимум тремя b-кварками, с двумя лептонами одинакового знака и с большим дисбалансом поперечного импульса показывает некоторое превышение над ожиданиями Стандартной модели (оно изображено гистограммой). Изображение из обсуждаемой статьи

Хотя результаты первого сеанса работы коллайдера LHC Run 1 в целом согласуются со Стандартной моделью, на фоне этого удручающего консенсуса сохраняются и некоторые любопытные отклонения. Каждое из них само по себе не слишком велико, но, по отдельности или вместе, они всё же требуют объяснения. В отсутствии каких-то более явных указаний на Новую физику теоретики тщательно обсуждают каждое такое отклонение.

Недавно коллаборация ATLAS опубликовала результаты еще одного анализа, в котором тоже выявилось отличие от предсказаний Стандартной модели. Из всей набранной статистики отбирались события такого вида: как минимум две адронные струи, из которых одна — результат распада b-кварка, как минимум два электрона или мюона одинакового знака заряда и большой дисбаланс в поперечном импульсе. В рамках Стандартной модели такие события очень редки. Два лептона одинакового знака не могут родиться просто так, они должны появиться в независимых распадах тяжелых частиц, а для этого несколько тяжелых частиц должны вначале родиться. Зато такие события могут легко появляться в некоторых моделях Новой физики (рис. 2).

Рис. 2. Примеры процессов Новой физики, которые могут приводить к сигналу нужного типа: (а) рождение «векторных кварков» T, распадающихся на хиггсовский бозон и топ-кварк, (b) рождение новых частиц σ, распадающихся на топ-кварковые пары, (с) обмен новым хиггсовским бозоном, который может превращать легкие кварки в топ-кварки. Изображение из обсуждаемой статьи

Поскольку заранее неизвестно, какие именно отклонения следует искать, было проведено несколько вариантов анализа с требованиями разной степени жесткости. В двух из них — они требовали два или более b-кварков и большие поперечные импульсы — обнаружилось заметное превышение над фоном. В первом Стандартная модель предсказывала примерно 4–5 событий, а обнаружено было 12. Во втором, еще более редком, ожидалось 1–2 события, а нашлось целых 6.

На первый взгляд такое отличие (в три раза!) кажется очень сильным. Но надо понимать, что при малом числе событий статистические погрешности большие. Поэтому статистическая значимость этих двух отклонений невелика, около 2,5σ. Однако этого достаточно для того, чтобы поставить этот результат в ряд других «трехсигмовых» эффектов и обращать в будущем на него пристальное внимание.

Надо еще добавить, что это не первый поиск событий такого типа. Коллаборация ATLAS уже выполняла его три года назад, когда энергия была пониже, а статистика — существенно меньше. Ничего особого тогда видно не было. Коллаборация CMS полтора года назад тоже искала подобные события, уже на полной статистике, о чем мы писали в заметке Поиск Новой физики по широкому фронту не дал положительных результатов, и тоже без громких результатов. Нынешнее сообщение ATLAS — первое, в котором в этом процессе видно что-то нестандартное.