LHCb в CERN: первое свидетельство распада B0→μ+μ– в одном эксперименте, 3σ по данным Run 3

Коллаборация LHCb в CERN отправила в печать статью с первым свидетельством распада B0→μ+μ– в одном эксперименте, значимость 3σ, сообщает lhcb-outreach.web.cern.ch. Данные набраны детектором LHCb Upgrade I в сеансе Run 3 на LHC в 2024 и 2025 годах. После объединения с данными Run 1 и Run 2 значимость растёт до 3,2σ lhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chОткрыть источник ↗. Результат представили на семинаре в CERN, с которого начался воркшоп «Implication of LHCb measurements and future prospects».

Тот же анализ даёт самые точные в мире измерения доли распада Bs0→μ+μ– и его эффективного времени жизни lhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chОткрыть источник ↗. Время жизни по объединённым данным Run 1, 2 и 3 равно 1,60±0,16±0,01 пс, что согласуется с предсказанием Стандартной модели lhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chОткрыть источник ↗. Ожидание Стандартной модели лежит внутри области 68,27% доверительного уровня на двумерном профиле долей распада B0 и Bs0 lhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chОткрыть источник ↗.

Зачем изучают этот распад

Вероятность распада мезонов Bs0 и B0 на два разноимённо заряженных мюона в Стандартной модели очень мала и рассчитывается точно. Теории с дополнительными бозонами Хиггса, векторными Z'-бозонами или лептокварками допускают заметные изменения этой доли, поэтому отклонение указало бы на новую физику lhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chОткрыть источник ↗. Некоторые такие модели не меняют доли распадов, но меняют величины, зависящие от времени распада, в том числе эффективное время жизни Bs0.

Скорость распада B0→μ+μ– в Стандартной модели примерно в 30 раз меньше, чем у Bs0→μ+μ–. B0 рождается в 4 раза чаще, чем Bs0, поэтому отношение выходов около 7 lhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chОткрыть источник ↗. Центральное значение доли распада делает его самым редким из измеренных распадов B-мезонов lhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chОткрыть источник ↗.

История и дальнейшие шаги

Поиск Bs0→μ+μ– длился более 30 лет. LHCb получил первое свидетельство в ноябре 2012 года (3,5σ), а совместно с CMS — первое наблюдение в мае 2015 года (6,2σ). В феврале 2017 года LHCb объявил о первом наблюдении в одном эксперименте со значимостью 7,8σ. Совместный анализ LHCb/CMS также сообщал о свидетельстве распада B0→μ+μ–, но последующие анализы его не подтвердили lhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chОткрыть источник ↗.

По материалам LHCb, результаты сужают область параметров, в которой возможны расширения Стандартной модели. Детектор Upgrade I, завершённый на рубеже 2022 и 2023 годов, регистрирует в пять раз больше столкновений в секунду, чем исходный детектор 2010–2018 годов. Следующая модернизация LHCb в середине следующего десятилетия может поднять скорость набора данных ещё на порядок lhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chlhcb-outreach.web.cern.chОткрыть источник ↗.