В марте 2024 года коллаборация CMS объявила о регистрации процесса в протон-протонных столкновениях. Это стало возможным благодаря использованию уникальных возможностей трекинговой системы детектора CMS. Кроме этого было произведено самое точное измерение аномального магнитного момента -лептона, на основании чего предложен способ ограничения существования новой физики.

Тау-лептон или таон - особая частица в семействе лептонов. Лептоны вместе с кварками являются фундаментальными частицами материи Стандартной модели (СМ). Тау-лептон был открыт только в конце 1970-х годов в SLAC, а соответствующее ему нейтрино - тау-нейтрино - дополнило класс лептонов после его открытия в 2000 году коллаборацией DONUT в Фермилабе. Однако изучение тау-лептона довольно затруднительно, поскольку время его жизни очень мало и составляет всего с.

Два других заряженных лептона, электрон и мюон, достаточно хорошо изучены. Многое известно об их магнитных моментах и о так называемых аномальных магнитных моментах. Первую величину можно понимать как силу и ориентацию воображаемого магнита внутри частицы. При измерении магнитного момента необходимо учитывать поправки на квантовом уровне. Эти поправки возникают из-за виртуальных частиц и приводят к отклонениям от предсказанного значения. Доля квантовой поправки, называемой аномальным магнитным моментом, составляет порядка %. Если теоретические и экспериментальные результаты расходятся, то этот аномальный магнитный момент открывает двери в физику за пределами СМ.

Аномальный магнитный момент электрона является одной из наиболее точно измеренных величин в физике частиц и прекрасно согласуется со СМ. Аномальный магнитный момент мюона -- один из наиболее изученных, исследования которого продолжаются. До недавнего времени теория и эксперименты были в основном согласованы, однако последние результаты вызывают противоречия, требующие дальнейшего изучения.

Для таона "гонка" все еще продолжается. Измерить его аномальный магнитный момент особенно сложно из-за короткого времени жизни частицы. Первые попытки измерить после открытия тау-лептона были сделаны с неопределенностью, которая в 30 раз превышала величину квантовых поправок. Эксперименты в ЦЕРНе с помощью детекторов LEP и LHC улучшили ограничения, уменьшив ошибку. Ее величина оказалась в 20 раз больше величины квантовых поправок.

В столкновениях исследователи ведут поиск особого процесса: два фотона, взаимодействуя, создают два тау-лептона (также называемые тау-парой), которые затем распадаются на мюоны, электроны, заряженные пионы и нейтрино. До сих пор ATLAS и CMS наблюдали этот процесс в ультрапериферийных столкновениях ядер свинца. Теперь же CMS сообщает о первом наблюдении этого же процесса в протон-протонных столкновениях. Последние обеспечивают более высокую чувствительность к физике за пределами СМ, поскольку эффекты новой физики возрастают с увеличением энергии сталкивающихся частиц. Благодаря уникальным возможностям детектирующей системы CMS, коллаборация смогла отделить этот специфический процесс отбором событий, в которых тау-лептон образуется без каких-либо других треков на расстояниях до мм. "Замечательное достижение в исследовании ультрапериферийных протон-протонных столкновений создает основу для многих революционных измерений такого рода в рамках эксперимента CMS", - сказал Майкл Питт из аналитической группы CMS.

Окончание читайте в Подробнее.