Физики объявили об обнаружении убедительных свидетельств сверхредкого распада бьюти-частицы на мюон и антимюон. Это событие, предсказываемое Стандартной моделью физики элементарных частиц с вероятностью один к десяти миллиардам, стало итогом более чем сорокалетних поисков.
Эксперимент LHCb на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН зафиксировал процесс Bd → μ⁺μ⁻ со статистической значимостью 3.2 стандартных отклонения при объединении данных за разные периоды. Исследователи отмечают, что это позволяет ученым проверить фундаментальные основы физики с беспрецедентной точностью и приблизиться к изучению «цептовселенной».
Обновление детектора LHCb открывает путь к редким распадам
Запуск модернизированной установки в 2024 году позволил увеличить скорость сбора данных в пять раз по сравнению с предыдущими запусками, сообщает UKRI. Профессор Крис Паркес, руководивший строительством апгрейда международной коллаборации, отметил масштаб проделанной работы. Проект потребовал пятнадцати лет проектирования и строительства при участии девятнадцати сотен исследователей со всего мира.
По словам Паркеса, вероятность такого распада крайне мала: «Это событие невероятно маловероятно; шанс его совершения примерно похож на то, как если бы вы отправились на романтическое свидание и с самой первой попытки нашли свою идеальную пару среди всех людей на Земле».
Бьюти-кварки рождаются в огромных количествах при столкновениях на Большом адронном коллайдере, однако они существуют лишь мгновенно, распадаясь примерно за полтора триллиона долей секунды. В данном редком распаде частица, содержащая бьюти-кварк, превращается в пару мюонов — более тяжелых собратьев электрона.
Роль британских исследователей и прецизионных систем
Крупнейший национальный вклад в проект внесли научные институты Великобритании при поддержке Совета по научно-техническим сооружениям. Доктор Стефано Де Капуа подчеркнул масштаб промышленной кооперации: «Мы работали почти с девяноста британскими компаниями для создания этого детектора и обучили следующее поколение ученых и инженеров новым технологиям, которые мы используем».
Ключевым элементом модернизации стал кремниевый пиксельный детектор Vertex Locator, расположенный близко к пучкам частиц, который совместно с другими инструментами помогает определить, где именно родился бьюти-мезон и где он распался на два мюона. Дополнительно система Ring Imaging Cherenkov помогает идентифицировать типы рождающихся частиц, фиксируя свет, излучаемый при их прохождении через газ быстрее скорости света.
Статистическая значимость и поиски новой физики
Марко Сантимария, соруководитель международного коллектива аналитиков из девятнадцати человек, указал на необходимость предельной точности для выделения мюонов на фоне подавляющих фоновых процессов. В ходе этого же анализа команда получила самые точные на сегодняшний день измерения другого редкого распада бьюти-частицы на мюоны, известного как Bs → μμ и впервые замеченного в 2015 году.
Все результаты согласуются с ожиданиями Стандартной модели и ограничивают вклады новой физики на энергетических шкалах за пределами тех, которые доступны через прямое производство на LHC.
LHCb Collaboration
Доктор Гарри Клифф, координатор направления редких распадов в LHCb и соруководитель анализа из Кембриджского университета, охарактеризовал момент получения результата как захватывающий рубеж, открывающий новые возможности для изучения областей за пределами прямого доступа коллайдера.
Перспективы экспериментов на Большом адронном коллайдере
Исследователи продолжат сбор данных на модернизированной установке LHCb. Представители научной коллаборации отмечают, что будущие апгрейды эксперимента позволят фиксировать значительно больше подобных распадов, обеспечивая еще более высокую чувствительность к пока не открытым частицам в области экстремально малых расстояний, составляющих порядка одной миллиардной от триллионной доли метра.
Продолжение темы
