Получив подарок на день рождения, вы, возможно, относитесь к тем людям, которые сразу же срывают оберточную бумагу, чтобы посмотреть содержимое коробки. А может быть, вам нравится рассматривать коробку, догадываясь о ее содержимом по форме, размеру, весу или звуку, который она издает, когда вы ее трясете.

Когда физики, работая на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider, LHC), анализируют массивы данных в поисках новых физических явлений, например новых частиц, они обычно используют один из двух различных подходов. Они либо проводят прямой поиск конкретного нового типа частиц, что эквивалентно немедленному срыванию оберточной бумаги, либо используют косвенную стратегию, основанную на квантовой механике и ее "изысканных чудесах", что похоже на встряхивание коробки и угадывание того, что находится внутри.

На ежегодной конференции LHCP, которая прошла в Бостоне на прошлой неделе, коллаборация CMS сообщила, как она использовала второй подход для поиска новой физики в редком распаде частицы, называемой -мезоном.

Распад частиц на более легкие может происходить под влиянием неизвестных частиц, которые могут быть слишком тяжелыми для получения на LHC. Это влияние может изменить процесс распада таким образом, что его характеристики можно будет измерить и сравнить с предсказаниями Стандартной модели физики частиц. Подобно тому, как встряхивание коробки с подарком на день рождения может дать вам подсказку о том, что находится внутри, любое отклонение от предсказаний Стандартной модели может дать физикам намек на новую физику.

Распад -мезона, состоящего из и кварков, на -мезон(содержащий странный кварк и -кварк) и два мюона особенно подходит для указанного выше подхода. Этому способствует редкий переход, называемый penguin transition, который очень чувствителен к возможному вкладу новых тяжелых частиц.

В своем новом исследовании команда CMS использовала все данные, собранные детектором в период с 2016 по 2018 год, во время второго запуска LHC, чтобы "встряхнуть коробку" распада . Эта "коробка" предлагает множество способов поиска новой физики. Один из них - взвесить "коробку", то есть измерить скорость, с которой происходит распад. Другой способ - взять две "коробки-близнеца", например, одну, соответствующую распаду на два мюона, а другую - распаду на два электрона, и проверить, одинаково ли они весят.

В своем новом исследовании ученые CMS обратили внимание на форму "коробки", то есть изучили, как частицы, образующиеся в распаде, делят энергию родительского -мезона, и измерили, под какими углами они разлетаются друг от друга. Затем они определили набор параметров, используя эти энергии и углы, и сравнили результаты с двумя наборами предсказаний из Стандартной модели.

Для большинства параметров результаты согласуются с этими двумя наборами предсказаний Стандартной модели. Однако для двух параметров, известных как и , и для определенных энергий двух мюонов результаты противоречат двум имеющимся предсказаниям. В целом, полученные результаты согласуются с предыдущими результатами экспериментов ATLAS, LHCb и Belle, улучшая при этом их уровень точности.

Однако присутствие очарованного кварка в penguin transition усложняет предсказания Стандартной модели и затрудняет выводы. Чтобы продвинуться вперед, исследователям нужны более точные предсказания, больше данных и более совершенные методы анализа.

Более подробные пояснения приведены на сайте CMS.