БАК заметил намек на сверхтяжелую элементарную частицу

Большой адронный коллайдер (БАК) — ускоритель заряженных частиц, строительство которого завершилось в 2006 году. Главной целью экспериментов БАК, в том числе ATLAS, заявлен поиск отклонений от Стандартной модели, описывающей сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия элементарных частиц. Для этого ученые разгоняют протоны до высоких кинетических энергий (6,5 тераэлектронвольта) и сталкивают, в результате чего могут рождаться частицы с полной энергией меньше суммарного значения (13 тераэлектронвольт). Причем рост энергии новых частиц положительно коррелирует с вероятностью их появления.

Предполагается, что данные, расширяющие Стандартную модель, позволят объяснить асимметричное распространение антиматерии и материи. Гипотезы из области новой физики указывают на возможное существование альтернативных элементарных частиц, например тяжелых аналогов обычных. Зафиксировать суперчастицы физики рассчитывают так. После появления массивная частица распадется на «осколки» — несколько частиц, общая энергия которых будет сопоставима с массой оригинала. При этом ее продукты распада, в отличие от традиционных частиц, сформируют избыток энергии — пик на диаграмме.

В новой работе исследователи проанализировали канал во время рождения бозона Хиггса и бозона слабого взаимодействия (W- или Z-бозона). Ранее аномалия при уровне энергии порядка двух тераэлектронвольт уже наблюдалась в аналогичном канале, однако с ростом количества измерений она оказалась статистически незначимой. Теперь, в измерениях ATLAS 2015–2016 годов, физики нашли подобный избыток событий с общей энергией три тераэлектронвольта. Их число (10) превысило расчетный показатель более чем в три раза при локальной статистической значимости 3,3 сигма и глобальной — 2,2 сигма.

Между тем результаты не удалось воспроизвести в рамках другого эксперимента БАК — CMS. В этом случае ученые зарегистрировали лишь незначительный избыток при энергии 2,6 тераэлектронвольта. Несмотря на это, а также опыт прошлых лет, когда схожие наблюдения не подтверждались, поспешные выводы при интерпретации данных недопустимы, считают эксперты. В 2015 году ATLAS и CMS объявили об избытке событий при энергии 750 гигаэлектронвольт и статистической значимости 3,4–3,6 сигма (признание открытия требует пяти сигма). По мере роста числа измерений выяснилось, что феномен связан с флуктуацией.

О новом отклонении ученые сообщили на конференции MOROIND.

В апреле коллаборация ЦЕРН объявила о регистрации возможного нарушения лептонной универсальности распада нейтрального B-мезона на лептонную пару и возбужденный каон. Согласно Стандартной модели, вероятность распада с получением разных поколений лептонов в этом случае должна быть равна (лептонная универсальность). Однако результаты показали, что на каждые три появления электрон-позитронной пары приходится только две пары мюон-антимюон.