Экспериментаторы CMS ожидают третьего запуска LHC, чтобы изучить небольшие расхождения с теоретическими ожиданиями.

Поскольку запуск LHC не за горами, ученые LHC все еще публикуют результаты, основанные на предыдущих данных. Несмотря на отсутствие заявлений о новых открытиях, кое-где появляются небольшие отклонения от ожиданий. Эти отклонения все еще можно отнести к случайным колебаниям данных, но они указывают на области, которые необходимо тщательно изучить.

В 2017 году CMS зафиксировал впечатляющее столкновение четырех струй (джетов) частиц в конечном состоянии. Инвариантная масса всех четырех джетов составляла 8 ТэВ, и джеты можно было разделить на две пары с инвариантной массой 1,9 ТэВ каждая. Такую конфигурацию можно было бы получить, если бы в столкновении пучков протонов возникла новая частица с массой 8 ТэВ, которая впоследствии распалась на пару — опять же новых — частиц с массами 1,9 ТэВ. В новом анализе, недавно опубликованном CMS, поиск таких близнецовых пар струй с совпадающими инвариантными массами выполняется для данных, собранных до конца второго запуска LHC. Удивительно, но было обнаружено второе событие с такими же поразительными свойствами, с 4-джетом массой 8,6 ТэВ и 2-джетами массой 2,15 ТэВ.

Хотя почти все наблюдаемые события с двумя парами джетов вызваны сильными взаимодействиями между сталкивающимися протонами, события с такими большими инвариантными массами крайне маловероятны. Вероятность увидеть два события на этих массах без каких-либо новых явлений составляет порядка 1 на 20 000, что соответствует значению 3,9 сигма. Учитывая, что область анализируемых масс велика, важно также учитывать глобальное значение, которое указывает на вероятность наблюдения избытка в анализируемой области. Для двух событий глобальное значение составляет всего 1,6 сигма.

Два других эксперимента сообщают о небольшом превышении данных. При поиске резонансов большой массы, распадающихся на пару W-бозонов (которые затем распадаются на лептоны), наибольшее отклонение соответствует сигнальной гипотезе с массой 650 ГэВ, с локальным значением 3,8σ и глобальным значением 2,6σ. При поиске тяжелых частиц, распадающихся на пару бозонов (WW, WZ или другие комбинации, в том числе бозоны Хиггса), которые впоследствии распадаются на пары струй, данные расходятся с ожидаемыми в двух местах. Сигнальная гипотеза представляет собой W’-бозон с массой 2,1 или 2,9 ТэВ, распадающийся на пару WZ, и наивысшая локальная значимость составляет 3,6σ, а глобальная значимость — 2,3σ.

Еще один новый результат получен при поиске дополнительных частиц бозона Хиггса, распадающихся на тау-пары. Для новой частицы с массой 100 ГэВ наблюдается небольшой избыток данных с локальной значимостью 3,1σ и глобальной значимостью 2,7σ. Интересно, что это совпадает с аналогичным превышением, замеченным CMS в предыдущем поиске маломассивных резонансов в двухфотонном конечном состоянии. Другой избыток виден в области больших масс, при этом наибольшее отклонение от ожидаемого наблюдается для массы 1,2 ТэВ с локальным (глобальным) значением 2,8σ (2,4σ).

Конечное состояние тау-пары также использовалось для поиска гипотетических новых частиц, называемых лептокварками. Лептокварки потенциально могут объяснить аномалии аромата, которые наблюдались в эксперименте LHCb, так что, если аномалии действительно являются проявлением каких-то новых явлений, это был бы способ независимо взглянуть на эти явления под другим углом. До сих пор CMS не обнаружила превышения, но анализ только начинается для диапазона параметров лептокварка, которые могут соответствовать аномалиям аромата, поэтому для полного изучения гипотезы лептокварка требуется больше данных.

Новый период сбора данных LHC начнется в июле при более высокой энергии и со значительно модернизированными детекторами, что обещает новые данные для поиска новых явлений.

Полностью материал можно прочесть здесь.