Физики ЦЕРН после сорока лет поисков получили первые убедительные свидетельства одного из самых редких распадов элементарных частиц. Результаты, которые могут указать на существование физики за пределами Стандартной модели, получены на детекторе LHCb Большого адронного коллайдера.
Исследователи зафиксировали распад B-мезона (Bd-мезона) на пару мюонов. Теория предсказывает, что такое событие происходит лишь один раз на 10 млрд распадов так называемых «прелестных» частиц. Изучение столь редких процессов – один из главных способов косвенно обнаружить гипотетические частицы, которые слишком массивны, чтобы их можно было напрямую создать в ускорителе.
Эти неоткрытые частицы могут влиять на частоту редких распадов. Если измеренные в эксперименте значения разойдутся с теоретическими расчетами Стандартной модели, это укажет на существование «новой физики». Именно поэтому распад Bd-мезона на два мюона физики считают одним из самых перспективных направлений для поиска.
Статистическая значимость сигнала, зафиксированного LHCb, составила 3,2 стандартных отклонения (сигма). В физике элементарных частиц порог в 3 сигма позволяет говорить о «свидетельстве» в пользу того или иного явления. Чтобы заявить о полноценном «открытии», требуется достичь уровня в 5 сигма.
Прорыва удалось достичь после масштабной модернизации детектора LHCb. С 2024 года он собирает данные в пять раз быстрее, чем в 2010–2018 годах, и точнее идентифицирует частицы. Чтобы отфильтровать нужный сигнал из огромного массива фоновых данных, ученые использовали алгоритмы машинного обучения.
В 2015 году коллаборации LHCb и CMS уже подтверждали похожий, но примерно в 30 раз более частый распад другой частицы – Bs-мезона. Нынешнее исследование также позволило получить самые точные на сегодня измерения и для этого процесса. Физики рассчитывают, что следующий этап модернизации коллайдера, известный как High-Luminosity LHC (запуск в 2030 году), позволит собрать больше статистики по редким распадам и либо окончательно подтвердить открытие, либо найти отклонения от Стандартной модели.
