Kitas LHC nustatyto standartinio modelio pažeidimo užuominas • Igoris Ivanovas • "Mokslo naujienos" "Elementai" • LHC, fizika

Kitas LHC nustatyto modelio pažeidimo pavyzdys

Pav. 1. Vienas iš B-mezono skilimo variantų, kurį sukėlė kvarco transformacija \ (b \ to s \ ell ^ + \ ell ^ – \), kurioje dar kartą buvo atskleisti užuominos apie nukrypimus nuo standartinio modelio.

Kitą dieną iš CERN pasirodė naujiena, kad kitas Didžiojo Hadrono Collider matmuo prieštarauja standartinio modelio prognozėms. Rezultatas, paskelbtas LHCB bendradarbiavimu po daugiau nei ketverių metų analizės, iš tiesų skiriasi nuo teorinių prognozių, bet ne toks reikšmingas, kad galima kalbėti apie atradimą. Tačiau svarbiausias dalykas yra tai, kad šis nukrypimas nėra vienintelis dalykas. Jis tinka daugybei kitų skilvelių anomalijų. B-mezonai, didinant jų kolektyvinį nukrypimą nuo standartinio modelio. Viskas atrodo taip, tarsi fizikai tikrai jautė tam tikrą "skausmingą tašką" mikrobrandų srityje ir dabar jie bando išgauti iš šios informacijos didžiausią informaciją.

Žavių mezginių mįslės

Pagrindinis šiuolaikinių elementariųjų dalelių fizikos pagrindinis uždavinys yra atrasti "New Physics" – dar vieną pagrindinį microworld aprašymą, ant kurio remiasi standartinis modelis. Fizikai yra tikri dėl jo egzistavimo, tai rodo daugybę netiesioginių ženklų, tačiau iki šiol nebuvo įmanoma patikimai nustatyti tiesioginių neatitikimų standartiniam modeliui.Būtent šiuo tikslu siekiama Didžiojo Hadrono Collider'io, pagrindinio šiuolaikinių dalelių fizikos instrumento. Šiam tikslui suprasti, kaip mikrobangų krosnelė veikia, pateikiama šimtai galimybių analizuoti sukauptus duomenis ieškant patikimų brūkšninių nuorodų.

Mes ne kartą sakėme, kad "New Physics" paiešką gali atlikti ne tik "brutalia jėga" metodas, bet ir bandymas tiesiogiai pagaminti naujas sunkias daleles, bet ir "gudrus", atliekant tikslius retųjų reiškinių matavimus. Populiariausi tokių procesų klasė yra nuosmukiai. B-miesonai ar puikus mezonas, nes jie vadinami fiziniu žargonu. Jie apima sunkų b-kvarką, kuris gali suskaidyti į bet kokius kvarkus, o tai atveria daugybę galimybių. Visi tokie išsiskyrimai gali būti tiriami eksperimentiniu būdu, ir kaip paaiškėjo pastaraisiais metais, kai kurie iš jų yra staigūs: jų tikimybės ar kitos ypatybės pastebimai skiriasi nuo standartinio modelio prognozių.

Tarp visų šių pokyčių ypač išsiskiria bs kartu su miuono arba elektronų-positronų pora: \ (b \ to s \ ell ^ + \ ell ^ – \), kur \ (\ ell ^ + \ ell ^ – \) reiškia e+e arba μ+μ. Konkretus žlugimo pavyzdys B-mezonas, kurį sukelia tokia kvarko transformacija, parodyta fig. 1.Tai yra gana retas procesas, kurio tikimybė yra mažesnė nei milijonoji. Toks mažumas atsiranda dėl to, kad standartinio modelio pagrindu nėra dalelių, galinčių pakeisti kvarko tipą, nekeičiant įkrovos. Todėl šis procesas vyksta dviem etapais, btsir reikalauja sunkių virtualių dalelių pagalbos. Tačiau kadangi standartinio modelio indėlis yra toks mažas, tai reiškia, kad silpni naujosios fizikos padariniai gali trukdyti ir žymiai keisti šio proceso tikimybę ar sklaidos dalelių kampinį pasiskirstymą.

Per pastaruosius kelerius metus LHCB bendradarbiavimo pastangos pirmiausia iš tiesų buvo nukrypimų šiuose nuosmukiuose. Taip, jie dar nėra statistiškai reikšmingi, todėl galite pasitikėti, kai kalbate apie naujosios fizikos atradimą. Tačiau jų jau yra keletas, o atėjus vis daugiau ir daugiau naujų duomenų jie neišnyksta. "Collider" galvosūkių puslapyje mes atidžiai stebime dvi iš jų: tai yra stiprus kaklo tikimybės skirtumas. BK*μμ ir Bsφμμ (apie 3,5σ) ir viena užuomina, kad pažeidžiamas silpnosios sąveikos Leptono universalumas (2.6σ). Mes taip pat pridedame, kad transformacija b → c buvo rasta ne mažiau rimto nukrypimo nuo leptonio universalumo, iš kurio niekas nesitikėjo tokių triukų.

Galiausiai – ir tai yra labai viliojanti akimirka! – visi šie nukrypimai nesudaro įspūdžio apie kažką netikėtai. Išmatuotos vertės niekur nesiskiria, tačiau viena kryptimi. Tikslesnė formuluotė yra tokia. Teoriškai teoriškai "kasti" proceso gilumoje \ (b \ to s \ ell ^ + \ ell ^ – \) ir pridėti prie jo tam tikro tipo hipotetines sąveikas, kurios yra uždraustos standartiniame modelyje, tada visoms nukrypstančioms vertybėms apskritai prognozės ten perkeliamos, kai duomenys nurodo. Pastaraisiais metais šis fizikų dėmesio pritraukė keletą nedidelių nukrypimų.

Naujas rezultatas

Rezultatas paskelbė kitą dieną yra dar vienas nukrypimas nuo tos pačios serijos. Balandžio 18 d. CERN seminare dėl karštų rezultatų, gautų iš koliažerio, bendradarbiavimas LHCb kalbėjo apie leptonio universalumo testavimą "(B \ to K ^ * \ ell ^ + \ ell ^ – \). Leptonio universalumas yra silpna sąveika, kuri veikia vienodai (visuotinai) skirtingų leptonų. Leiskite teoretikams tiksliai apskaičiuoti tikimybę, kad sklaidos \ (B \ į K ^ * \ mu ^ + \ mu ^ – \) (parodyta 1 pav.) Ir \ (B \ į K ^ * e ^ + e ^ – \), bet tada jie žino, kad jų santykis yra \ [R_ (K ^ *) = (B \ į K ^ * \ mu ^ + \ mu ^ – \ virš B \ į K ^ * e ^ + e ^ -} \] turėtų, pagal standartinį modelį, būti labai arti vieno.Be to, šis vienetas turi būti įvykdytas ne tik visai mažėjančiai tikimybei, bet ir diferencialinėms, ty paskirstytoms per lektinio poros invariantinę masę q2.

Tačiau LHCb nustatė, kad pagal jų matavimus RK* žymiai mažiau nei vienas (2 pav.).

Pav. 2 Skirtumo tikimybių \ (B \ iki K ^ * \ mu ^ + \ mu ^ – \) ir \ (B \ į K ^ * e ^ + e ^ – \) santykis įvairioms инвариантных masių лептонной poros. Juodi taškai su klaidomis – LHCb duomenys, spalvoti simboliai – Prognozės pagal standartinį modelį, sukurtos skirtingomis grupėmis. Vaizdas iš aptariamos ataskaitos

Bendradarbiavimas išmatavo šį santykį atskirai mažoms lefto porų invariantinėms masėms. q2 <1 GeV2 (ty kai leptono pora išsiskleidžia dideliu grąžinimu ir mažu išsklaidymo kampu), o vidutiniams – iki q2 = 6 GeV2 (maksimalus šis procesas yra 19 GeV2) Šiose dviejose srityse RK* pasirodė lygus:

mažas q2: \ (R_ (K ^ *) = 0 (,) 660 ^ (+ 0,110) _ (- 0,070) \ pm 0 (,) 024 \), skirtumas nuo CM iki 2,2σ,
vidutinė q2: \ (R_ (K ^ *) = 0 (,) 685 ^ (+ 0.113) _ (- 0.069) \ pm 0 (,) 047 \), skirtumas nuo CM iki 2.4σ.

Abiem atvejais pirmoji iš šių klaidų yra statistinė, antra yra sisteminga. Tai, kad vis dar dominuoja statistinė klaida, nenuostabu. Tai yra daug sunkiau užregistruoti šį procesą elektronais, o ne su miuonais – iš tikrųjų, kol kas jų patikimas palyginimas nebuvo patikimas.Eksperimentai iš LHCb sugebėjo surinkti tik keletą dešimčių įvykių su elektronų-positronų poros (prieš šimtus su miuonu), ir jie tapo pagrindiniu netikrumo šaltiniu.

Yra du svarbūs šio rezultato papildymai.

Pirma, du sugėrimai – su elektronais ir miuonais – atkuriami detektoriumi, kurio efektyvumas yra labai skirtingas. Kai jie yra matuojami, atsiranda sisteminių klaidų šaltiniai, todėl labai sunku jų tiesiogiai palyginti. Todėl kyla pagrįstas klausimas: kodėl fizikai taip įsitikinę, kad šis neatitikimas nėra instrumentinis artefaktas, kurį sukelia netaisyklinga registracija, bet kažkas realus?

Atsakymas yra tas, kad bendradarbiavimas LHCb atliko daugybę kryžminių šio veiksmingumo patikrinimo kitų procesų metu, daug tiksliau – ir viskas buvo tikėtino diapazono. Galbūt stipriausias argumentas yra tas, kad šioje analizėje visada yra palaikomasis procesas: žlugimas B-miesonas K* ir J/ψ-miesonas, ir J/ψ toliau suskaidomas į tą pačią leptonų porą. Toks išnykimas įvyksta šimtą kartų dažniau, jį sugeba tas pats atrankos algoritmas, tačiau jame garantuotas nenuostabukokie eksperimentai buvo įsitikinę patikimumu.Todėl vertė RK* išmatuotas realybe per dvigubas santykis:

\ [R_ (K ^ *) = (Br (B ​​\ to K ^ * \ mu ^ + \ mu ^ -) / Br (B ​​\ to K ^ * J / \ psi [\ to \ mu ^ + \ mu ^ -]) \ over Br (B ​​\ to K ^ * e ^ + e ^ -) / Br (B ​​\ to K ^ * J / \ psi [\ to e ^ + e ^ -])}. \]

Atsižvelgiant į tai, buvo sumažinta daug klaidų šaltinių, susijusių tiek su teoriniu apibūdinimu, tiek su eksperimentine registracija, o pirmiau nurodyti skaičiai susiję su ja.

Antras dalykas yra tai. Dabar paskelbti rezultatai buvo gauti tik atlikus 1 sesijos statistiką. Duomenų rinkinys buvo baigtas 2012 m., Tačiau jų analizė dėl sudėtingumo reikalavo daugiau nei ketverių metų darbo. Dabar "Run 2" sesija, kuri tęsis iki 2018 m. Pabaigos, yra viskas ir pagal jos rezultatus bus surinkta kelis kartus daugiau duomenų. Taip pat padidės aptiktų tokio tipo sumažėjimų skaičius, statistinės klaidos labai sumažės, o skirtumas nuo SM, jei jis išliks, taps dar įspūdingesnis.

Prisiminkite, kad prieš dvejus metus LHCb pranešė apie labai panašią nukrypimą kitose plyšiuose: \ (B ^ + \ į K ^ + \ ell ^ + \ ell ^ – \), žr. LHCb naujienas dėl netikėtų nuokrypių nuo leptono universalumas ir puslapyje. Leptonio universalumo pažeidimas B+K+ll. Tuo metu išmatuotas santykis buvo 2,6σ, kuris skiriasi nuo vieneto, o taip pat ir žemyn. Pagrindinis skirtumas tarp šio darbo ir naujo LHCb rezultato yra toks Kpabaigoje esantys mezonai yra kitokie: anksčiau tai buvo įprastas kaonas su nugara 0, dabar yra susijaudinęs kaon su nugarėmis 1. Įvairūs galutinio mezono sukzynai yra labai reikšmingas momentas, nes dėl to kvarksas susimaišo su адронами įvairiais būdais, o leptonas poras išsiskiria šiek tiek kitoks mechanizmas, ypač mažo ploto srityje q2. Dėl to skirtingi skilimai leidžia mums vertinti tą patį paslaptingą kvarkių procesą \ (b \ to s \ ell ^ + \ ell ^ – \) iš skirtingų kampų. Ir tai, kad LHCb mato tuos pačius nukrypimus abiejose iš jų, sustiprina pasitikėjimą, kad mes esame ne statistiniai svyravimai, bet kažkuo labiau apčiuopiama. Vienintelis dalykas, kurio dar nėra aišku, yra tai, ar tai yra tikroji naujoji fizika, ar dar nepastebėta punkcija duomenų analizėje ar teoriniuose skaičiavimuose.

Šiandien padėtis

Taigi atrodo, kad bendromis pastangomis keliuose eksperimentuose, ypač LHCb, jaučiamas tam tikras "skausmingas" elementariųjų dalelių pasaulio taškas. Ji jau keletą metų laikosi, ji neišnyksta ir netgi padidėja atsiradus naujiems duomenims ir tobulinant teorines prognozes. Mes jau turime keletą skirtingų nuosmukių. B-miesonai, kai kažkas negerai – bet kas dar nėra aišku.Be to, vertinant pagal teorinę analizę, visos šios anomalijos paprastai yra tarpusavyje suderintos ir kolektyviai skiriasi nuo SM prognozių 4σ ir didesne, priklausomai nuo palyginimo detalių.

Naujas rezultatas puikiai tinka šiai nuotraukai ir dar labiau padidina nuokrypį. Paskelbus šį rezultatą, praėjo kelios dienos, tačiau elektroninių preprinimų archyvuose jau pasirodė daugiau kaip dešimt teorinių straipsnių, įskaitant šią pastabą bendrojoje analizėje. Dabar teoretikai jau kalbasi apie bendrą skirtumą nuo CM 5σ lygiu. Ateinančiais metais padėtis ir toliau pablogės. Šiuo metu pagrindinis neaiškumų šaltinis yra statistinės klaidos LHCb eksperimente. Per kelerius metus, kai apdorojama didelė "Run 2" statistikos dalis, ši klaida sumažės keletą kartų – o tada atrodo, kad užuomina gali tapti visišku atradimu. Bet kokiu atveju, dėka LHCb eksperimento – turiu pasakyti, tik vienas iš LHC eksperimentų, kurie reguliariai teikia teigiamų rezultatų! – mes tikrai nebus nuobodu.

Šaltinis: S. Bifani (už LHCb bendradarbiavimą). Ieškoti naujos fizikos su bsl+l "LHCb //" ataskaita LHC seminarų seminare 2017 m. balandžio 18 d.

Papildomos medžiagos:
1) Populiari LHCb rezultatų apžvalga.
2) LHCb nustato standartinį modelį // iš CERN.
3) Standartinis modelis yra abejotinas: ar leptonio universalumas įvykdytas žavių mezonių žlugimuose? // Pastaba apie svetainę INP SU anksčiau (Novosibirskas).

Igoris Ivanovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: