LHCb išmatavo naują grazią baryoną, tačiau negalėjo išspręsti senojo mįslio • Igoris Ivanovas • Mokslo naujienos "Elementai" • LHCb detektorius, Hadrono savybės, LHC

LHCb išmatavo naują grazią baryoną, tačiau jis negalėjo išspręsti senovės mįslių

Pav. 1. Skirtumas tarp išskirtinių ir visuminių nuosmukių B mezono pavyzdžiu. Išskirtiniame lūžyje mes kalbame apie tam tikrą dalelę pabaigoje, įskaičiuojant į vieną – sumaišoma visomis dalelėmis su reikiama kvarco kompozicija.

"LHCb" bendradarbiavimas praneša apie dar vieną reta žavingo baryono \ (\ Lambda_b \) – į protonus ir leptonus. Jo dėka jam pavyko iš naujo pažvelgti į b-kvarko transformaciją į u-kvarką – paslaptingą procesą, kuriame ilgai egzistuoja nepaaiškinamas dviejų matavimo metodų neatitikimas. Naujas rezultatas suteikia aiškų pirmenybę vienam metodui ir labai skiriasi nuo kitų rezultatų, tačiau tai visiškai neišsprendžia problemos.

LHCb bendradarbiavimas, apdorojant LHC Run 1 statistikos duomenis ir vertinant vis daugiau ir daugiau naujų puikių šalutinių savybių, ir toliau duoda rezultatų, kurie žymiai keičia mūsų supratimą apie įvairius Hadrono fizikos aspektus. Savo naujame straipsnyje "Kvarco sujungimo stiprumo nustatymas" | Vub| naudojant pastaruoju metu žurnale paskelbtus barioninius skilimus Gamtos fizika ir taip pat prieinama elektroninių spaudinių archyve, komanda praneša, kad stebėjo naują žavų bariono \ (\ Lambda_b \), kuris neseniai padėjo jiems atrasti sunkų pentakarką, naują pusiauletoninį žlugimą (žr.: atrado naujo tipo "Hadron" – pentakarkas su paslėptu žavesiu " Elementai ", 2015-07-15).Šį kartą LHCb jį naudojo, norėdamas išmatuoti tikimybę, kad b-kvarkas virsta u-kvarku – procesu, su kuriuo ilgalaikis paslaptis susijęs su dalelių fizika.

Panašiai kaip bet koks kvarkų transformavimas į kitą, perėjimas \ (b \ į u \) vyksta veikiant silpnajai sąveikai. Standartinis modelis negali paaiškinti šių perėjimų, jis juos apibūdina tik su skaitmenine kvarco maišymo matrica (šio karkų transformacijos apibūdinimo metodo atradimas, ypač apdovanotas Nobelio premija fizikoje 2008 m.). Šios matricos numeriai turi būti išmatuojami eksperimentiniais metodais. Kuo geriau jie išmatuojami, tuo daugiau fizikų turės atspėti jų modelius ir suprasti, iš kur jie kilę.

Perėjimas \ (b \ to u \) aprašomas elementu šios matricos, žymimas | Vub| Šis skaičius yra maždaug 4 tūkstantosios dalys, todėl dėl tokio perėjimo atsirandantys nuosmukiai yra mažai tikėtini ir juos sunku išmatuoti. Nepaisant to, jie buvo užregistruoti seniai, o tai leido mums nustatyti | Vub| Bėda yra ta, kad du skirtingi matavimo metodai primygtinai suteikia vertybes, kurios labai skiriasi viena nuo kitos, o fizikai dar nesupranta, kodėl.

Šie du matavimo metodai – įskaičiuoti ir išskirtiniai išsisklaidymai – skiriasi nuo šio. Mus domina kvartų transformacijos tikimybė, tačiau, kadangi kvarkai sėdi adornose, eksperimentiniu būdu mes galime matuoti tik адроны распадов (1 pav.). Norėdami tai padaryti, mes galime naudoti išskirtinius skilimus, su kai kuriomis konkrečiomis dalelėmis pradžioje ir pabaigoje, arba mes galime naudoti inkliuzinius – tai yra tada, kai mes susumuosime visus galutinius adronus su reikiama kvarkių kompozicija. Remiantis teoretikais, šie du metodai leidžia išgauti tą pačią vertę – mūsų atveju | Vub|, – tačiau jie labai skiriasi savo eksperimentiniais ir teoriniais subtilymais.

Per pastaruosius dešimtmečius buvo atlikti daugybiniai B-mezono žlugimo matavimai, daugiausia Belle ir BaBar eksperimentuose e+e-svarbuosius, kurie leido matuoti | V |ub| abu metodai. Jų rezultatai labai skiriasi. Iš viskių išsiskyrimų pasirodė \ (| V_ (ub) | = (4, \! 41 \ pm 0, \! 15 () ^ (+ 0.15) _ (- 0.17)) \ cdot 10 ^ } \) išimtinių – žymiai mažesnis skaičius \ ((3, \! 28 \ pm 0, \! 29) \ cdot 10 ^ (- 3) \). Neatitikimas yra reikšmingas trimis standartiniais nuokrypiais; tai negali būti siejama su teorinių skaičiavimų netikslumu arba neįmanoma rasti kito pagrįsto paaiškinimo.Tai yra eksperimentinės technikos defektas (bet kuris iš jų?), Arba naujas fizinis reiškinys. Net ir kitu, labiau tikėtinu b-kvarko perėjimu į c-kvarką yra panašus "trintumas". Ši problema fizikams tapo toks erzina, kad šiais metais vyko speciali mokslinė konferencija, skirta tik "nepaklusniems" b-kvarko žlugimams.

Naujame straipsnyje bendradarbiavimas LHCb praneša, kad pirmą kartą jis išmatavo dar vieną išskirtinį spindulį: \ (\ Lambda_b \ to p \ mu ^ – \ bar \ nu \). Šiam tyrimui vienu metu būdingas žodis "pirmą kartą" keliomis jėgomis. Pirma, šis išnykimas paprastai užregistruojamas pirmą kartą. Tai atsitiko, nes e+e-knygiai \ (\ Lambda_b \) – baryonai nebuvo gimę, bet Didysis Hadrono Collider generuoja juos dideliais kiekiais. Antra, tai pirmasis procesas, kai b-kvarkas paverčiamas u-kvarku, kurį "pamačiau" detektorius LHCb. Trečia, tai yra pirmasis "V" vertės matavimo atvejisub| bariono ir ne mezono skilimo.

Vis dar yra smalsus momentas. Prieš dešimt metų buvo manoma, kad "Hadron Collider" išmatuoti | Vub| tiesiog nerealu. Todėl LHCb bendradarbiavimas net nesitikėjo, kad būtų galima išmatuoti šį nuosmukį ir užregistruoti perėjimą \ (b \ to u \).Į jų nenuostabu, kad jie galėjo tai daryti – ir aukštą pats detektoriaus kokybę, ir duomenų apdorojimo ir analizės metodus, kurie nuėjo toli į priekį. Taigi tai taip pat yra "LHC Run 1" sesijos svarbus "rezultatas": koliaideris dar kartą sugebėjo padaryti daugiau, nei tikėtasi iš pradžių.

Kalbant apie patį matavimą \ (\ Lambda_b \ to p \ mu ^ – \ bar \ nu \), pagrindinis sunkumas čia yra tai, kad norimas signalas turi būti atskirtas nuo didelio fono \ (\ Lambda_b \ to \ Lambda_c ^ + \ mu ^ – \ bar \ nu \) (šiame lūžio b-kvarkas suskaido į c-kvarką). Baryon \ (\ Lambda_c ^ + \) gyvena daug mažiau nei \ (\ Lambda_b \) – pažvelkite į elementariųjų dalelių gyvenimo mastą – ir jis taip pat suskaidomas su protono išmetimu. Tačiau šiuo atveju iš antrinės viršūnės išsiskleidžia ne tik protonai ir miuonas, bet ir kita užpildytų dalelių pora (2 pav.). Ši funkcija padeda atskirti signalą nuo fono.

Pav. 2 Bendras dalelių sklaidos vaizdas susidomėjimui (kairėje) ir fono atveju (dešinėje) Jie gali būti atskirti dėl to, kad signalo įvykyje iš antrinės viršūnės išsiskleidžia tik dvi įkraunamos dalelės, o kelios – fone. Vaizdas iš U. Egedės pranešimo, 2015 m. | Vub|: Eksperimentiniai klausimai @ LCHb

Atskyrę signalą nuo fono, fizikai neatmetė šių foninių įvykių, tačiau, atvirkščiai, juos atidžiai įvertino.Eksperimento metu faktiškai išmatuojama vertė yra signalų įvykių skaičiaus ir foninių įvykių santykis. Tai labai patogu, nes šiuo atžvilgiu yra sumažintos kai kurios sisteminės klaidos. Iš šio ryšio santykis buvo išvestas | Vub| / V |cb|, iš kurio jau remiantis kitais duomenimis ir naujausiais teoriniais skaičiavimais fizikai įgijo norimą vertę | Vub|.

Rezultatas šio daugelio etapų analizė yra: \ (| V_ (ub) | = (3, \! 27 \ pm 0, \! 15 \ pm 0, \! 16 \ pm 0, \! 06) \ cdot 10 ^ (- 3 } \), kur pirmoji klaida yra grynai eksperimentinė, o kitos dvi teorinės. Ši vertė visiškai sutampa su tuo, kad jie išskiria išskirtinius B mezonių sugėrimus, ir dėl to jėgos pasidalija jų naudai. Tačiau tai neišsprendžia mįslių: nauja dimensija yra dar stipresnė, jau 3.5σ, nesuderinama su inkliuzinio išsiveržimo rezultatais (3 pav.). Galbūt turėtume pabandyti rasti naują būdą, kaip išmatuoti viską apimančias nuosmukes, galbūt turėtume vėl sėdėti ir spręsti teorinius skaičiavimus. Vienu ar kitu būdu šis aspektas toli gražu nėra paskutinis LHCb žodis. Tikėdamasis savo jėgos, ši grupė dabar bandys išmatuoti | Vub| ir kitais būdais.

Pav. 3 Trys matavimo parametro grupės | Vub|: Įskaičiuota (žalia) ir išskirtinis (raudona) B mezonių išsiskyrimas, taip pat naujas LHCb rezultatas (mėlynas) Vaizdas iš U. Egedės pranešimo, 2015 m. | Vub|: Eksperimentiniai klausimai @ LCHb

Beje, naujas dimensija, beje, uždaro gana naivų bandymą išspręsti dilemą "New Physics" pagalba. Anksčiau, kai susidūrė tik du skaičiai, išgauti iš inkliuzinio ir išskirtinio B mezono sklidimo, buvo teorinė galimybė suderinti juos viena su kita naudojant naują sąveikos tipą. LHCb rezultatas uždaro šią funkciją. Trys juostos fig. 4, atitinkantis tris skirtingus rezultatus naujos sąveikos hipotezės kontekste, visi trys neatitinka jokios vietos.

Pav. 4 Magnitude | vub| išskirta iš imtinai (raudona juostelė), išskirtinis (mėlyna juosta) ir nauji LHCb duomenys (žalia juosta), darant prielaidą, kad egzistuoja naujos rūšies pajėgos. Parametras εR (horizontaliai) rodo šios hipotetinės jėgos intensyvumą; ε vertėR = 0 atitinka standartinį modelį. Trys juostos niekur viename taške. Geltona elipsė – oficialus rezultatų vidurkis; tai neatitinka visų trijų matmenų. Vaizdas iš straipsnio diskusijoje Gamtos fizika

Akivaizdu, kad pati eksperimento metodas ar teorinis duomenų aiškinimas iš tikrųjų yra tam tikros subtilios klaidos, ir fizikai turės ieškoti tolesnio tyrimo. Na, tiems, kurie nori jaustis, kokius subtilybes turiu įsivaizduoti, galima pažvelgti į labai naujausią straipsnį – apie tai, kas tiksliai minėta.

Šaltinis: LHCb bendradarbiavimas. Kvarko sujungimo stiprumo nustatymas | Vub| naudojant barijoninius skilimus // Gamtos fizika. 2015. DOI: 10.1038 / nphys3415.

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: :???: :?: :!: