Распады B-мезонов вновь указали на отклонение от Стандартной модели

На недавно завершившейся в Китае конференции коллаборация BaBar обнародовала свежие данные по распадам B-мезонов, свидетельствующие об отклонении от Стандартной модели.

Упомянутые распады, приводящие к образованию самого тяжёлого заряженного лептона (тау-лептона ), давно рассматриваются как чувствительные индикаторы «новой физики». Фиксируя параметры этих процессов, учёные надеются собрать сведения сразу о нескольких эффектах за пределами Стандартной модели, к которым относится, скажем, появление заряженного бозона Хиггса.

Стоит напомнить, что хиггсовский бозон вводится в теорию как квант одноимённого поля, которое, в свою очередь, понадобилось для объяснения спонтанного нарушения электрослабой симметрии. Эта симметрия, как считается, соблюдалась в ранней Вселенной, где частицы были безмассовыми, но на каком-то этапе эволюции её нарушение привело к тому, что частицы приобрели привычные нам массы, измеряемые в экспериментах.

К сожалению, накопленные физиками опытные данные не позволяют сделать определённый вывод о том, как именно работает механизм нарушения симметрии. В Стандартной модели традиционно рассматривается минимальный (простой) его вариант, но ничто не мешает чуть усложнить его, чем уже воспользовались теоретики. Создан, к примеру, целый класс так называемых двухдублетных хиггсовских моделей (2HDM), после нарушения электрослабой симметрии создающих не один, а пять физических хиггсовских бозонов, в число которых входит пара заряженных. Известны и многодублетные модели с ещё бльшим количеством физических бозонов.

Для тестирования этих расширений Стандартной модели учёные и используют распады B-мезонов. В нашем случае рассматривались два таких распада: В D(*) – и В D(*) l– l. Здесь В — анти-B-мезон, D(*) — D-мезон (* — возбуждённый), — антинейтрино, а символ l можно заменять на е (электрон) или (мюон).


В верхнем левом углу показано столкновение электрона с позитроном на коллайдере PEP-II, приводящее к образованию B-мезона (не обозначен) и анти-B-мезона, распадающегося на D-мезон, тау-лептон и антинейтрино. (Иллюстрация Greg Stewart, SLAC National Accelerator Laboratory.)

Как мы уже отмечали, в физике элементарных частиц для снижения неопределённости результатов часто вычисляют отношения различных параметров, измеряемых на одной установке в одинаковых условиях. Сотрудники BaBar действовали именно так, установив соотношения вероятностей первого и второго распадов и получив две итоговые величины: R(D) и R(D*). В рамках Стандартной модели R(D) и R(D*) определяются с довольно высокой точностью, а расчёты, основанные на 2HDM-моделях, существенно модифицируют R(D), что открывает возможность сравнения разных теоретических конструкций.

При вычислении R(D) и R(D*) авторы использовали массив данных, собранных детектором BaBar за всё время его работы на электрон-позитронном коллайдере PEP-II. В этот массив, который пополнялся в течение 10 лет, попала информация о ~470 миллионах пар «B-мезон — анти-B-мезон», рождённых и распадавшихся в экспериментах на коллайдере.

Завершив расчёты, физики пришли к следующим значениям: R(D) = 0,440 ± 0,058 ± 0,042 и R(D*) = 0,332 ± 0,024 ± 0,018. Эти величины отходят от предсказаний Стандартной модели на 2,0 и 2,7 стандартного отклонения. При объединении двух результатов они, естественно, становятся более выразительными, и расхождение достигает уже 3,4 стандартного отклонения.

В принципе, такой исход эксперимента легко прогнозировался, поскольку несоответствие вероятностей распадов теоретическим предсказаниям участники BaBar и «конкурирующего» проекта Belle отмечали и раньше. Новые вычисления просто увеличили статистическую значимость отклонений, хотя и не довели её до того уровня, который позволяет утверждать, что Стандартная модель неверна.

Один из наиболее известных и обсуждаемых вариантов 2HDM-модели, заметим, также не прошёл проверку последними данными BaBar.

Полную версию своего отчёта сотрудники BaBar планируют опубликовать в журнале Physical Review Letters; препринт их статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

http://science.compulenta.ru/687686/