Физики коллаборации ATLAS зафиксировали намек на существование сверхтяжелой частицы с массой около трех тераэлектронвольт — в десятки раз тяжелее, чем любая из известных элементарных частиц, предсказанных Стандартной моделью. Сигнал проявился как небольшой пик в диаграмме рождения пар из одного бозона слабого взаимодействия (W или Z) и бозона Хиггса, локальная статистическая значимость которого пока составляет 3,3 сигма. С набором статистики этот сигнал может исчезнуть, оказавшись случайным выбросом, но в случае подтверждения он может указать на физику за пределами Стандартной модели. Об отклонении ученые рассказали на конференции MORIOND, кратко о результате сообщает Игорь Иванов в материале на Элементы.ру.

В Большом адронном коллайдере происходят столкновения протонов, разогнанных до огромных кинетических энергий — 6,5 тераэлектронвольт. Это означает, что их кинетическая энергия в 6,5 тысяч раз превышает полную энергию покоя частицы. При столкновении двух протонов могут рождаться любые частицы, полная энергия которых меньше, чем суммарная энергия столкновения (13 тераэлектронвольт). Приэтом, чем выше энергия рождающихся частиц, тем меньше вероятность их рождения (легкие частицы рождаются чаще, чем тяжелые) — эта зависимость хорошо описана.

Схема столкновения двух протонов. CERN

Одна из целей экспериментов БАК — поиск новой физики, которая могла быобъяснить асимметрию между распространенностью материи и антиматерии. Теории отом, какой может быть новая физика указывают на существование дополнительных частиц, например, массивных супераналогов обычных элементарных частиц, как в суперсимметричном расширении Стандартной модели. Если такие частицы и в самом деле существуют, то зафиксировать их удастся благодаря следующему. После рождения массивная частица вскоре распадется на несколько других частиц — их суммарная энергия будет близка к массе исходной частицы. Эти осколки рождаютсяи сами по себе в столкновениях протонов, их темпы рождения хорошо известны. Продукты распада неизвестной частицы будут формировать избыток в дополнение к обычному рождению— он будет выглядеть пиком на диаграмме суммарная энергия осколков-количество событий.

Диаграмма количества событий рождения пары бозона слабого взаимодействия и бозона Хиггса в зависимости от их суммарной энергии. Вблизи трех тераэлектронвольт наблюдается небольшой пик. The ATLAS Collaboration

В новом анализе физики анализировали канал, в котором происходило рождение бозона слабого взаимодействия (Z или W) и бозона Хиггса. Ранее в похожем канале уже наблюдалась аномалия при энергиях около двух тераэлектронвольт — впоследствии она исчезла снабором статистики. Теперь ученые обнаружили избыток событий с суммарной энергией три тераэлектронвольта в данных, собранных ATLAS за2015–2016 годы. Как рассказывает физик-теоретик Любош Мотль, автор блога Reference Frame, теория предсказывала, что на такой статистике можно будет зафиксировать лишь три подобных события с требуемой энергией. Вместо этого эксперимент обнаружил 10 событий с локальной статистической значимостью в 3,3 сигма (глобальная — 2,2 сигма). Стоит заметить, что детектор эксперимента «ловит» не сами бозоны, а продукты их распада (осколки осколков).

Другой крупный эксперимент БАК — CMS —этого сигнала не видит. Коллаборация обнаружила небольшой избыток при 2,6 тераэлектронвольта, с невысокой статистической значимостью. По словам Игоря Иванова, опыт прошлых лет «свидетельствует о том, что за таким отклонением ничего реального не стоит. Это объясняет очень сдержанную реакцию теоретиков: за целый месяц почти не появилось статей с объяснением нового всплеска. Тем не менее, торопиться с выводами пока не стоит».

В декабре 2015 года CMS и ATLAS одновременно отчитались об избытке двухфотонных событий с энергией 750 гигаэлектронвольт. Локальная значимость избытка достигала 3,4–3,6 сигма (для признания открытия необходимо достигнуть величины пять сигма). Это стало причиной выхода нескольких сотен препринтов с объяснением природы гипотетической частицы. С набором статистики столкновений Run 2 пик пропал — он оказался простой флуктуацией.

Одним из наиболее многообещающих отклонений от Стандартной модели считается нарушение лептонной универсальности в распадах прелестных мезонов. Подробнее о нем можно прочитать в нашей новости.

Автор: Владимир Королёв