При обработке данных с детектора LHCb, установленного на Большом адронном коллайдере, обнаружены явные признаки нарушения CP-симметрии в распадах нейтральных B-мезонов на каоны и пионы.
CP-нарушением называют свойство законов физики, которые оказываются неинвариантными относительно операции зеркального отражения (пространственной инверсии P) с одновременной заменой всех частиц на античастицы (зарядовым сопряжением C). Эта асимметричность, поначалу казавшаяся противоестественной, была зарегистрирована экспериментально (при наблюдении за распадами нейтральных каонов) в 1964-м, а её теоретическое объяснение, опирающееся на механизм Кабиббо — Кобаяши — Маскавы, включено в Стандартную модель.
Обсуждаемый эффект также играет важную роль в космологии, где его называют одним из условий, при выполнении которых возможно создание дисбаланса между материей и антиматерией во Вселенной. Однако уровень CP-нарушения, принятый в Стандартной модели, считается слишком низким, не соответствующим наблюдаемому соотношению вещества и антивещества. Именно поэтому теоретики и экспериментаторы активно ищут новые источники CP-нарушения — следы «новой физики».
Доказательства нарушения CP-инвариантности были получены в экспериментах с упомянутыми выше каонами, B0- и D0-мезонами. Стоит заметить, что первую информацию о CP-нарушающих распадах D0-мезонов сотрудники той же LHCb обнародовали совсем недавно, в ноябре прошлого года, но на международной конференции в итальянском Ла-Тюйле, которая завершается 3 марта, эти данные уже подтвердили участники проекта CDF. Детекторы LHCb и CDF установлены на разных ускорителях (протон-протонном Большом адронном коллайдере и протон-антипротонном «Теватроне»), и согласование результатов их работы даёт уверенность в том, что зарегистрированный сигнал реален.
Единственным нейтральным тяжёлым мезоном, надёжных данных о CP-нарушении в распадах которого у физиков не было, оставался B0s-мезон, содержащий прелестный антикварк и странный кварк. Эта частица и стала объектом нового исследования на LHCb.
 Спектры инвариантных масс пар Kπ, полученные на детекторе LHCb при отборе событий по критериям, настроенным на максимальную чувствительность к (a, b) АСР (B0 → Kπ) и (c, d) АСР (B0s → Kπ). Вклад распадов, интересовавших физиков, отмечен так, как показано в верхнем правом углу. Остальные обозначения соответствуют фоновым событиям разного рода. (Иллюстрация LHCb Collaboration.)
Обрабатывая информацию с детектора, объём которой отвечал набранной в 2011-м интегральной светимости в 0,35 обратного фемтобарна, учёные обращали внимание на распады B0s-мезонов на каоны K и пионы π, пытаясь найти следы прямого CP-нарушения. Суть такого эффекта состоит в том, что вероятность распада частицы в определённое конечное состояние расходится с вероятностью распада её античастицы в соответствующее состояние, полученное с помощью CP-преобразования. В нашем случае исследователям пришлось сравнивать процессы типа B0s → K–π+ и B0s → K+π–.
Чтобы выделить эти два распада, физики реконструировали инвариантные массы пар Kπ, получая графики вроде тех, что показаны выше, и оценивали вклад фоновых событий. Затем они вычисляли безразмерный параметр АСР, амплитуда отклонения которого от нуля характеризует, если не вдаваться в подробности, «силу» CP-нарушения.
В результате было определено, что АСР (B0s → Kπ) = 0,27 ± 0,08 (стат.) ± 0,02 (сист.). Статистическая значимость этого отклонения от нуля довольно велика и составляет 3,3σ, но пока не позволяет называть его подлинным открытием, которому, напомним, необходим уровень в 5σ. Можно добавить, что измерения LHCb сходятся с единственной — и очень неточной — существовавшей ранее оценкой АСР = 0,39 ± 0,15 (стат.) ± 0,08 (сист.), которую давала коллаборация CDF.
Эксперименты, выполненные в прошлом году на детекторе LHCb, также позволили вычислить максимально точное значение АСР для аналогичных распадов B0-мезонов, состоящих из прелестного антикварка и нижнего кварка. Как оказалось, АСР (B0 → Kπ) = –0,088 ± 0,011 (стат.) ± 0,008 (сист.), причём значимость здесь уже перевалила за 6σ.
Отчёт о наблюдении CP-нарушения, который будет опубликован в журнале Physical Review Letters, коллаборация LHCb выложила на сайт arXiv.
Подготовлено по материалам ScienceNOW, PhysOrg и блога A Quantum Diaries Survivor.
Источник: Современная Космология.
Рейтинг публикации:
|
