На БАК впервые наблюдали редкий субатомный процесс

При объединении результатов двух экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) был обнаружен ранее неизвестный субатомный процесс.

Как опубликовано в журнале Nature на этой неделе, совместный анализ данных, проведенный сотрудничеством на CMS и LHCb, обнаружил новый и чрезвычайно редкий распад частицы Bs (тяжелая композитная частица, состоящая из b-антикварка и странного кварка) на два мюона. Теоретики предсказывали, что этот распад может произойти, примерно, в четырех случаях из миллиарда, и это примерно совпадает с тем, что наблюдалось в двух экспериментах.

«Удивительно, что это теоретическое предсказание оказалось настолько точным, и даже более удивительно, что мы смогли на самом деле обнаружить его, в конце концов, - сказал проф. Шелдон Стоун (Sheldon Stone) из Университета Сиракуз, член сотрудничества LHCb. - Это большая победа для БАК и обоих экспериментов».

В экспериментах LHCb и CMS изучались свойства частиц для поиска трещин в Стандартной модели, самого лучшего описания на сегодняшний день поведения всей непосредственно наблюдаемой материи во Вселенной. Стандартная модель, как известно, является неполной, поскольку в ней не рассматриваются такие вопросы, как наличие темной материи или преобладание материи над антиматерией в нашей Вселенной. Любые отклонения от этой модели могут быть свидетельством новой физики, новых частиц или сил, которые могли бы дать ответы на эти загадки.

«Многие теории, которые предлагают расширить Стандартную модель, также прогнозируют увеличение скорости распада Bs, - сказал Джоэл Батлер (Joel Butler) из Fermilab, участник эксперимента CMS. - Этот новый результат позволяет отбрасывать или серьезно ограничивать параметры большинства этих теорий. Любая жизнеспособная теория должна предсказывать достаточно малые изменение, чтобы соответствовать остающейся неопределенности».

Исследователи на БАК особенно интересуются частицами, содержащими b-кварки, потому что они легко обнаруживаются, в изобилии рождаются и имеют относительно большое время жизни.

«Мы также знаем, что Bs-мезоны осциллируют между состояниями материи и антиматерии. Этот процесс впервые был обнаружен в лаборатории Ферми в 2006 г., - сказал Стоун. - Изучение свойств В-мезонов поможет нам понять дисбаланс материи и антиматерии во Вселенной».

Этот дисбаланс является загадкой, над которой работают ученые. Большой взрыв, который создал Вселенную, должен был создать вещество и антивещество в равных количествах, которые уничтожили бы друг друга при контакте. Но материя преобладает, и ученые пока не обнаружили механизм, который сделал это возможным.

"БАК скоро будет запущен при более высокой энергии и интенсивности, - сказал Батлер. - Точность, с которой этот распад измеряется, улучшится, еще более ограничивая жизнеспособные расширения Стандартной модели. И, конечно, мы всегда надеемся увидеть новую физику непосредственно в виде новых частиц или сил».
Это открытие явилось результатом анализа данных, полученных в 2011 и 2012 годах на обоих экспериментах. Ученые также увидели некоторые данные для такого же процесса для частицы Bd, похожей частицы, состоящей из b-антикварка и нижнего кварка. Однако этот процесс гораздо более редкий и, по прогнозам, происходит только один раз на каждые 10 млрд. распадов. Для окончательного подтверждения ее распада на два мюона будут необходимы дополнительные данные.

Сотрудничество CMS и LHCb включает более 4500 ученых из более чем 250 организаций в 44 странах.

Дисплей событий эксперимента LHCb на БАК показывает пример столкновений, которые рождают кандидатов для редкого распада частицы Bs, происходящего только о четырех случаях из миллиарда

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365