További utalás az LHC standard modelljének megsértésére • Igor Ivanov • Tudományos hírek a "Elemekről" • LHC, fizika

Egy másik utalás az LHC-ben található szabványmodell megsértésére

Ábra. 1. A B-mezon bomlás egyik változata, amelyet a quark-transzformáció okoz (\ \ b \ to s \ ell ^ + \ ell ^ – \), ahol ismételten kiderült, hogy a szabványmodelltől való eltérések utaltak.

Másnap a CERN-ből jött a hír, hogy a Large Hadron Collider másik dimenziója ellentétes a Standard Model előrejelzéseivel. Az eredmény, amelyet az LHCb együttműködés több mint négy év analízise után kihirdetett, valóban különbözik az elméleti előrejelzésektől, de nem olyan jelentős, hogy a felfedezésről beszélhetünk. Azonban a legfontosabb itt az, hogy ez az eltérés nem egy dolog. Számos egyéb anomáliához illeszkedik a bomlás. B-mesonok, növelve kollektív eltérésüket a standard modellel. Minden úgy néz ki, mintha a fizikusok valóban érezték volna a mikrovilág bizonyos "fájdalmas pontját", és most arra törekednek, hogy kivonják a legmagasabb információt ebből.

Bájos mezonok rejtelmei

A modern elemi részecskefizika legfőbb feladata az Új Fizika felfedezése, amely egy újabb alapvető réteg a mikrovilág leírásában, amelyre a Standard Modell alapul. A fizikusok biztosak a létezésükben, túl sok közvetett jel mutat rá, de eddig nem volt lehetséges megbízhatóan kimutatni a standard modellekkel való közvetlen ellentmondásokat.A nagyméretű hadronütköző, a modern részecskefizika legfőbb eszköze pontosan erre irányul. Számos lehetőséget kínál a felhalmozódott adatok elemzésére, a megbízható megértés feltérképezésére a jelenlegi világ megértésében.

Többször is azt mondtuk, hogy az Új Fizika kutatását nemcsak a "brute force" módszerrel lehet elvégezni, hanem a ritka jelenségek pontos mérése révén megpróbálva közvetlenül új nehéz részecskéket, de "ravasz" módszereket is létrehozni. Az ilyen folyamatok legnépszerűbb csoportja a bomlás. B-mesonok, vagy kedves mezonok, mivel fizikai zsargonban vannak. Ezek közé tartozik egy nehéz b-quark, amely könnyebben leállhat bármely kvarkra, és ez hatalmas lehetőségeket nyit meg. Minden ilyen bomlást kísérletileg tanulmányozhatunk, és az utóbbi években kiderült, hogy néhányan meglepetést mutatnak: valószínűségeik vagy más jellemzőik észrevehetően különböznek a standard modell előrejelzésétől.

Ezek közül az átalakulások közül különösen kiemelkedik bs amely egy muon vagy elektron-pozitron párral van ellátva: \ (b \ to s \ ell ^ + \ ell ^ – \), ahol \ (\ ell ^ + \ ell ^ – \) e+e vagy μ+μ. A bomlás konkrét példája BAz ilyen kvark-transzformáció által okozott -meson a 3. ábrán látható. 1.Ez egy meglehetősen ritka folyamat, amely valószínűleg kevesebb, mint egy milliomodik. Ilyen kicsiség merül fel, mivel a standard modell keretében nincs olyan részecske, amely megváltoztatná a quark típusát a töltés megváltoztatása nélkül. Ezért ez a folyamat két szakaszban megy végbe, btsés megköveteli a nehéz virtuális részecskék segítségét. De mivel a standard modell hozzájárulása annyira kicsi, ez azt jelenti, hogy a hipotetikus New Physics gyenge hatásai befolyásolhatják és jelentősen megváltoztathatják a folyamat valószínűségét vagy a szóródási részecskék szög szerinti eloszlását.

Az elmúlt évek során az LHCb együttműködésének erőfeszítései elsősorban az eltérésekre vonatkoztak. Igen, még nincsenek statisztikailag szignifikánsak, így biztosak lehetünk abban, hogy az Új Fizika felfedezéséről beszélünk. De már kevesen vannak, és egyre több új adat érkezésekor nem tűnnek el. Az ütköztető rejtélyének oldalán kettőt figyeltünk meg: ez nagy különbség a bomlás valószínűségében. BK*μμ és Bsφμμ (kb. 3,5 s), és egy utalást a gyenge kölcsönhatás lepton univerzalitásának (2.6σ) megsértésére. Azt is hozzátesszük, hogy a lepton univerzalitásból nem kevésbé komoly eltérés volt tapasztalható a b → c transzformációban, amelyből senki nem számított ilyen trükkökre.

Végül – és ez egy nagyon bátorító pillanat! – ezek az eltérések nem adnak valami furcsa benyomást. A mért értékek nem térnek el bárhol, hanem egy általános irányba. A pontosabb megfogalmazás a következő. Ha elméletileg "ásunk" a folyamat mélységében \ (b \ s \ ell ^ + \ ell ^ – \), és hozzáadjuk hozzá egy bizonyos típusú, a standard modellben tiltott hipotetikus interakciókat, akkor az összes eltérõ értékre vonatkozó elõrejelzések általában eltolódnak, ahol az adatok mutatnak. Ez a következetesség több kisebb eltérés, amely felkeltette a figyelmet a fizikusok az elmúlt években.

Új eredmény

Az eredmény bejelentette a másik nap egy másik eltérés ugyanabból a sorozatból. Április 18-án a CERN szemináriumán, a forró eredményekre támaszkodva az LHCb együttműködése a lepton univerzalitás teszteléséről beszélt a \ (B \ – K ^ * \ ell ^ + \ ell ^ – \) bomlásokban. A Lepton univerzalitás a gyenge kölcsönhatás tulajdonában van, hogy ugyanolyan (egyetemesen) működjön a különböző típusú leptonokon. Hagyja, hogy a teoretikusok nem tudják pontosan kiszámítani a \ (B \ – K ^ * \ mu ^ + \ mu ^ – \) valószínűségét (ez az 1. ábrán látható) és \ (B \ – K ^ * e ^ + e ^ – \), de aztán tudják, hogy arányuk a következő: B \ – K ^ * e ^ + e ^ [B ^ K ^ * ^ -} \] a standard modell keretében nagyon közel kell lennie egyhez.Ráadásul ez a berendezés nemcsak a teljes bomlási valószínűségeknek, hanem a differenciálódásoknak is teljesülnie kell, azaz a leptonpár invariáns tömegén q2.

Az LHCb azonban megállapította, hogy méréseik szerint, RK* lényegesen kevesebb mint egy (2.

Ábra. 2. A leptonpár különböző invariáns tömegére vonatkozó decayes valószínűségek aránya (B \ K ^ * ^ mu ^ + \ mu ^ – \) és \ (B \ – K ^ * e ^ + e ^ – \). Fekete pontok hibákkal – LHCb adatok, színes szimbólumokat – A standard modellen alapuló előrejelzések, amelyeket különböző csoportok készítettek. A megvitatott jelentés képe

Az együttműködés az arányt külön-külön mérte a leptonpárok kis invariáns tömegének. q2 <1 GeV2 (vagyis ha a leptonpár egy nagy visszatéréssel és kis szórási szöggel repül) és közepesekre, akár q2 = 6 GeV2 (ebben a folyamatban legfeljebb 19 GeV2). E két területen RK* kiderült, hogy egyenlő:

kis q2: \ (R_ {K ^ *} = 0 {,} 660 ^ {+ 0,110} _ {- 0,070} \ pm 0 {,} 024 \),
átlagos q2: \ (R_ {K ^ *} = 0 {,} 685 ^ {+ 0.113} _ {- 0.069} \ pm 0 {,} 047 \), a különbség a CM-vel a 2.4σ értékkel.

Mindkét esetben az első ilyen hiba statisztikai, a második pedig szisztematikus. Az a tény, hogy a statisztikai hiba még mindig uralja, nem meglepő. Sokkal nehezebb ezt a folyamatot elektronnal regisztrálni, mint muonokkal – valójában ezért eddig még nem volt megbízható összehasonlításuk.Az LHCb kísérletezői csak egy pár tucat eseményt gyűjtöttek össze egy elektron-pozitron párral (szemben a százmónusokkal), és a bizonytalanságok fő forrása lett.

Ennek az eredménynek két fontos kiegészítése van.

Először is, két bomlást – elektronokkal és muonokkal – visszaállít egy nagyon különböző hatékonyságú detektorral. A mérések során a rendszeres hibák saját jellegzetes forrásai merülnek fel, és nagyon nehéz közvetlenül összehasonlítani őket egymással. Ezért felmerül egy ésszerű kérdés: miért olyan biztos a fizikusok, hogy ez az ellentmondás nem egy instrumentális tárgy, amelyet a nem-ideális regisztrálás okozott, de valami valódi?

A válasz az, hogy az LHCb együttműködés több keresztellenőrzést végzett ezzel a hatékonysággal más folyamatokban, amelyeket sokkal pontosabban tanulmányoztak – és mindent a várt tartományon belül találtak. Talán a legerősebb érv az, hogy ebben az elemzésben mindig van egy támogató folyamat: a bomlás B-meson K* és J/ψ-meson, és J/ψ tovább osztódik ugyanabba a leptonpárba. Az ilyen bomlás százszor gyakrabban fordul elő, ugyanabban a kiválasztási algoritmusban van, de benne nem garantált meglepetéstamit a kísérletezők meggyőztek a megbízhatóságról.Ezért az érték RK* a valóságban mérve kettős arány:

[\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ -]) \ over Br (B ​​\ – K ^ * e ^ + e ^ -) / Br (B ​​\ – K ^ * J / \ psi [\ e ^ + e ^ -])}. \]

E tekintetben sok hibaforrást csökkentettek, mind az elméleti leírással, mind a kísérleti regisztrálással kapcsolatban, és a fenti számok vonatkoznak rájuk.

A második pont ez. A bejelentett eredmények csak az 1. fős munkamenet-statisztikában merültek fel, az adatok 2012-ben fejeződtek be, ám elemzésük összetettsége miatt több mint négy év munkát igényelt. Most a második fázis, amely 2018 végéig tart, teljes mértékben lendül, és eredményei szerint többször is gyűjtenek adatokat. Az ilyen típusú kimutatott bomlások száma is növekszik, a statisztikai hibák jelentősen csökkennek, és a különbség az SM-től, ha továbbra is fennáll, sokkal hatásosabb lesz.

Emlékezzünk arra is, hogy két évvel ezelőtt az LHCb nagyon hasonló eltérést jelentett egy másik párhuzamos párban: \ (B ^ + \ a K ^ + \ ell ^ + \ ell ^ – \), lásd az LHCb híreket váratlan eltérésről a leptonról egyetemesség és az oldalon A lepton univerzalitás megsértése a bomlásban B+K+ll. Az akkoriban mért arány 2,6 σ volt, eltér az egységtől, és lefelé is. A fő különbség a munka és az új LHCb eredmény között az, hogy K– a mezonok a végén különböznek: korábban egy szokásos kaon volt spin 0-mal, most izgatott kaon spin 1-gyel. A végső mezon különböző pörgetései egy nagyon fontos pillanat, mert a kvarkok különböző módon adják fel a hadronokat, és a leptonpár egy kicsit más mechanizmus, különösen a kicsi területen q2. Ennek eredményeként a különböző bomlások lehetővé teszik számunkra, hogy különböző szögekből ugyanazt a titokzatos quark folyamatot vegyük figyelembe (\ \ \ b \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ És az a tény, hogy az LHCb ugyanazokat az eltéréseket látja mindkettőben, megerősíti azt a bizalmat, hogy nem statisztikai ingadozás, hanem valami kézzelfoghatóbb. Az egyetlen dolog, ami még nem tisztázott, az, hogy ez egy igazi Új Fizika vagy egy még nem befogott pisztoly jelzése az adatok elemzésében vagy az elméleti számításokban.

A mai helyzet

Tehát úgy tűnik, hogy több kísérlet együttes erőfeszítései révén, és különösen az LHCb-nál, az alapvető részecskék világának bizonyos "fájdalmas pontját" éreztük. Már évek óta birtokolja, nem tűnik el, de az új adatok megérkezésével és az elméleti előrejelzések finomításával is nő. Már több különböző bomlást is tapasztalunk. B-mesonok, amelyekben valami rosszul zajlik -, de mi még nem egyértelmű.Ezen túlmenően, az elméleti elemzés alapján, ezek az anomáliák általában konzisztensek egymással, és az összehasonlítás részleteitől függően együttesen különböznek az SM előrejelzésektől 4σ-kal és magasabbak.

Az új eredmény tökéletesen illeszkedik ebbe a képbe, és tovább növeli az eltérést. Az eredmény bejelentése óta eltelt néhány nap, de több mint egy tucat elméleti cikk már megjelent az elektronikus preprintek archívumában, beleértve ezt a megfigyelést az általános elemzésben. Most a teoretikusok már beszélnek a CM-ről a halmozott különbségről a 5σ szintről. Az elkövetkező években a helyzet tovább romlik. A bizonytalanságok fő forrása statisztikai hibák az LHCb kísérletben. Néhány év múltán, amikor a 2. fázisú statisztikák jelentős része feldolgozásra kerül, ez a hiba néhányszor csökken, és akkor az a benyomásnak tűnő tényező egy teljes körű felfedezéssé válhat. Mindenesetre, az LHCb-kísérletnek köszönhetően – azt kell mondanom, az egyetlen olyan LHC-kísérlet, amely rendszeresen pozitív eredményeket ad! – biztosan nem fogunk unatkozni.

Forrás: S. Bifani (az LHCb Collaboration esetében). Keressen új fizikát a következővel: bsl+l bomlik az LHCb // jelentésben az LHC szeminárium szemináriumán, 2017. április 18-án.

Kiegészítő anyagok:
1) Az LHCb eredményeinek népszerű áttekintése.
2) Az LHCb megtalálja a CERN szabványos modelljét //.
3) A standard modell megkérdőjelezhető: a lepton univerzalitás teljesül a bájos mesonok bomlásában? // jegyzet az INP SB RAS (Novoszibirszk) honlapján.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: