Международная коллаборация LHCb, в которую входят ученые Института ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирского государственного университета (НГУ), сообщила сегодня об обнаружении заметного нарушения лептонной универсальности в распадах нейтрального прелестного мезона (В-мезона) на возбужденный каон и лептонную пару (электрон-позитронную либо мюон-антимюонную). 

Этот экспериментальный результат отклоняется от предсказаний Стандартной модели, в соответствии с которыми вероятности распадов с электрон-позитронной и мюон-антимюонной парами должны быть практически равны. Коллектив исследователей подчеркивает, что данные требуют дополнительной проверки.
Изображение экспериментального события, зарегистрированного на LHCb

Стандартная модель (СМ) удивительно хорошо описывает фундаментальные взаимодействия элементарных частиц, но некоторые астрофизические наблюдения указывают на то, что она не полностью объясняет физическую картину мира. В лабораторных условиях проверить, есть ли новая физика за пределами Стандартной модели, можно в прецизионных экспериментах по изучению свойств элементарных частиц. Для этого ученые строят коллайдеры, и самый известный из них - Большой адронный - находится в ЦЕРН (Женева). Его основная задача - поиск явлений, выходящих за рамки Стандартной модели.

Эксперимент LHCb. В ходе эксперимента на Большом адроном коллайдере коллектив LHCb регистрировал распад нейтральных В-мезонов на нейтральный K*-мезон и пару лептон-антилептон. Лептонная универсальность означает, что вероятности распадов в конечные состояния с разными поколениями лептонов равны. Однако ученые обнаружили, что на каждые три события с появлением электрон-позитронной пары в эксперименте наблюдается лишь около двух событий с парой мюон-антимюон, что противоречит СМ.

Заместитель директора ИЯФ СО РАН, декан физического факультета НГУ, участник коллаборации LHCb, член-корреспондент РАН Александр Бондарь :

- В данном эксперименте есть намек на нарушение симметрии между лептонами разного типа. В СМ в таких процессах асимметрия возникать не должна. Возможно, есть Новая физика, новые частицы, которые взаимодействуют с лептонами разных поколений по-разному, что приводит к нарушению симметрии между типами лептонов. Я подчеркиваю - возможно. Мы должны осмыслить это явление, в том числе теоретически. СМ - это очень жесткая конструкция, дополнить ее, не нарушив самосогласованность, крайне сложно. Поэтому, если в ходе дополнительных измерений обнаружится, что асимметрия действительно существует, надо будет видоизменить СМ так, чтобы наблюдаемый эффект укладывался в единую картину.
Детектор LHCb

Новая физика или неточность эксперимента? Статистическая значимость отличия любых результатов измерений от ожидаемой величины зависит от погрешности измерений, и характеризуется величиной, выраженной в числе, так называемых, стандартных отклонений. В физике элементарных частиц надежно установленным различием между величинами считается разница более чем на 5 стандартных отклонений (сигм). Полученные на LHCb результаты пока не позволяют говорить об открытии нового явления, потому что отклонение измеренной величины от рассчетной составляет примерно 2,5 сигмы. Однако, в последнее время данные полученные при изучении распадов В-мезонов в конечные состояния, содержащие лептонные пары, показывают систематические отклонения от ожиданий СМ.

Роль экспериментов на других коллайдерах. При изучении обсуждаемых событий в эксперименте LHCb для нормировки использовался результат, полученный несколько лет назад на коллайдере ИЯФ СО РАН ВЭПП-4М. - Погрешность измерения вероятности распадов, - объясняет Александр Бондарь, - может быть вызвана не только статистической ошибкой, но и с тем, что процессы с рождением мюонов и электронов регистрируются детектором с разной эффективностью. При анализе данных специально предпринимались меры, чтобы компенсировать возможные систематические ошибки. Например, для контроля эффективности использовались события от распада нейтрального B-мезона на возбужденный каон и J/psi-мезон с последущим распадом J/psi-мезона на электрон-позитронную и мюон-антимюонную пару. Вероятности распада J/psi-мезона на пары лептонов разных поколений измерялись несколько лет назад у нас в Институте в эксперименте с детектором КЕДР, и было надежно установлено, что их вероятности равны. Этот результат использовался сейчас при изучении лептонной универсальности в распадах В-мезонов.

Гипотезы, объясняющие данные эксперимента. Возможной причиной нарушения симметрии между лептонами разного типа может быть существование новой частицы - так называемого Z'-бозона - тяжелой виртуальной частицы, не описываемой Стандартной моделью. Она может по-разному взаимодействовать с электроном и мюоном, тем самым увеличивая или, наоборот, уменьшая вероятность распада B-мезона в то или иное состояние. Другим возможным объяснением наблюдаемой картины может являться существование гипотетического скалярного лептокварка Δ - частицы, взаимодействующей как с кварками, так и с лептонами. Наконец, причиной может быть какое-то неизвестное пока проявление Новой физики. Так что, полученный сегодня результат - это дополнительный стимул обратить пристальное внимание как экспериментаторов, так и теоретиков, на эту область поиска.

Источники

Стандартная модель под вопросом: выполняется ли лептонная универсальность в распадах прелестных мезонов?
Новосибирский государственный университет (nsu.ru), 18/04/2017
Стандартная модель под вопросом: выполняется ли лептонная универсальность в распадах прелестных мезонов?
Vestisibiri.ru, 18/04/2017
БАК поставил под сомнение Стандартную модель
Nanonewsnet.ru, 18/04/2017
БАК поставил под сомнение Стандартную модель
Новости@Rambler.ru, 18/04/2017
Детектор асимметрии
123ru.net, 18/04/2017
Стандартная модель под вопросом?
Академгородок (academcity.org), 18/04/2017
БАК поставил под сомнение Стандартную модель
Naked Science (naked-science.ru), 18/04/2017
Детектор асимметрии
livejournal.com, 18/04/2017
Результаты нового эксперимента на LHCb поставили под вопрос Стандартную модель
Индикатор (indicator.ru), 18/04/2017
Стандартная модель под вопросом: выполняется ли лептонная универсальность в распадах прелестных мезонов?
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 19/04/2017

Похожие новости

  • 19/05/2015

    Не бозоном единым...

    Ученые двух международных коллабораций CMS и LHCb в журнале Nature опубликовали данные, подтверждающие существование редкого распада странных B-мезонов на пару мюонов, в соответствие с предсказаниями Стандартной модели.
    780
  • 25/09/2015

    ИЯФ создал оборудование для ионного ускорителя в Дубне

    ​Ученые Института ядерной физики им. Г.И.Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) закончили разработку и изготовление системы электронного охлаждения для ионного ускорителя НИКА, создаваемого в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне.
    741
  • 07/03/2016

    В ИЯФ СО РАН разработали ключевые компоненты нового коллайдера

    ​ ​В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН созданы вакуумные камеры, корректирующие магниты, электроника регистрации и программное обеспечение для установки SuperKEKB, которая монтируется в японской Лаборатории физики высоких энергий (КЕК) в Цукубе.
    1422
  • 05/07/2017

    Ученые ИЯФ СО РАН и ЦЕРН разрабатывают Computing Resource Information Catalog

    ​​​Ученые Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН и ЦЕРН подписали соглашение о разработке программного обеспечения, которое предназначено унифицировать информационные платформы всех экспериментов Большого адронного коллайдера.
    351
  • 27/03/2017

    Новосибирские ученые создали материал, обеспечивающий 30 лет непрерывной работы химического реактора

    Ученые из Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН и Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) создали новую технологию сплавления титана и тантала, в результате чего получили особо стойкий к коррозии и агрессивным средам материал.
    696
  • 19/11/2015

    ИЯФ СО РАН завершил набор в стипендиальную программу 2015 года

    ​Завершился очередной набор в стипендиальную программу Института ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН. В этом году конкурс прошли 23 школьника из Специализированного учебно-научного центра НГУ (СУНЦ НГУ, ФМШ) и 4 студента Новосибирского государственного университета (НГУ).
    1374
  • 10/10/2017

    Как ученые ИЯФ СО РАН ищут новую физику

    Кому как, а мне часто хочется успеть всё и побыстрее. Например, сделать за полгода то, на что тратится несколько лет. Честно сказать — ни разу не вышло, а вот у коллайдера ВЭПП-2000, открывшего в прошлом году свой первый после модернизации сезон, — получилось.
    110
  • 26/07/2016

    Ученые СО РАН знают, как создать аэрогель

    ​Высокотехнологичные материалы, которые производят ученые новосибирского Академгородка, можно использовать не только в космических опытах или экспериментах на встречных пучках, но также в стеклопакетах и при теплоизоляции зданий.
    822
  • 06/10/2015

    К ядерному синтезу

    ​Частная калифорнийская компания Tri Alphа Energy разрабатывает оригинальную установку для термоядерного синтеза, в которой для удержания плазмы используется "обращенное магнитное поле" (Field Reversed Conеguration).
    969
  • 15/12/2015

    Физики НГУ будут изучать процессы с участием самых легких мезонов

    ​НГУ и Институт ядерной физики СО РАН присоединились к эксперименту KLOE-2 по изучению "легчайших из тяжелых" - сильно взаимодействующих элементарных частиц каонов и пионов, которые относятся к классу мезонов.
    1101