Эксперимент ATLAS опубликовал исследование ультраредкого распада B-мезона

Изучение адронов — частиц, соединяющих кварки для формирования мезонов и барионов — важная часть физической программы, проводимой исследователями в эксперименте ATLAS в ЦЕРН. Их анализ не только усовершенствовал понимание Стандартной модели, но и предоставил исключительные возможности для новых открытий.

Среди всех адронов, существующих в природе и создаваемых во время протон-протонных столкновений на Большом адронном коллайдере (БАК), B-мезоны играют фундаментальную роль. Они представляют собой связанные состояния двух кварков — одного прелестного кварка и одного более легкого кварка (верхнего, нижнего, странного или очарованного), — распадающиеся посредством слабого взаимодействия на более легкие адроны и лептоны. За последние десятилетия физики изучили редкие B-мезоны и точно предсказали феномены, связанные с нейтральными B-мезонами (например, B0-мезонами и Bs-мезонами), в поисках незначительных несоответствий предсказаниям, которые были бы началом новой физики.

Двадцатого сентября 2018 года, на конференции International Workshop on the CKM Unitarity Triangle (CKM 2018) ATLAS представил самые точные экспериментальные ограничения очень редкого распада B0-мезона на два мюона (μ). Результат представляет собой новую веху в исследованиях, подтверждая анализы ранее опубликованных экспериментов БАК, посвященных изучению B-мезонов на протяжении почти тридцати лет.

Редкость этого распада — в совпадении двух факторов. Во-первых, для распада требуются квантовые петли с несколькими вихрями слабого взаимодействия, некоторые из которых происходят крайне редко. Во-вторых, сохранение углового момента ограничивает продукты распада скалярного B0- или Bs-мезона до крайне маловероятной конфигурации.

Согласно Стандартной модели, вероятность получения этого распада — примерно 1,1 к 10 миллиардам. Новый результат ATLAS подошел очень близко — с максимально возможным верхним пределом в 2,1 случая из десяти миллиардов при 95%-ной достоверности. Результат получили с использованием данных за 2015-2016 годы и аналогичного анализа данных сеанса Run 1. Этот результат также предоставил 4,6 стандартной девиации для распада Bs-мезона в пару μμ (Bs→ μμ), чья доля ветвления измеряется как 2,8 +0,8–0,7 x10–9. Это подтверждает предыдущие вычисления, полученные коллаборациями LHCb и CMS.

Новый результат ATLAS — первая веха на пути к более точным вычислениям, которые будут получены в наборе данных сеанса Run 2. Ожидается, что он улучшит настоящую точность примерно на 30%. Ученые надеются, что новые эксперименты на БАК с высокой светимостью помогут повысить точность полученных результатов на целых три порядка.