Фізики з колаборації LHCb спростували знайдене раніше порушення принципу лептонної універсальності. Новий аналіз, що включив більшу кількість протон-протонних зіткнень на Великому адронному колайдері, не знайшов у розпадах B-мезонів відхилень від передбачень Стандартної моделі. Результатам своєї роботи вчені присвятили дві статті, доступні на arXiv (1, 2). Коротко про них повідомляє на своєму сайті Європейська організація з ядерних досліджень.
Що таке принцип лептонної універсальності?
Найкраще властивості і взаємодії елементарних частинок описує Стандартна модель, що підтверджується численними експериментами. І згідно з нею, Всесвіт складають 12 фундаментальних частинок: шість лептонів та шість кварків. Їх класифікують за трьома поколіннями, що відрізняють частинки між собою лише за ароматом та масою. Однак, Стандартна модель досі має деякі прогалини і потребує теорій, що її розширять — так званої Нової фізики, яка має викритися, наприклад, у нових частинках чи взаємодіях між ними.
Одним зі способів знайти вихід за межі Стандартної моделі є порівняння експериментальних даних з розпадів адронів з її передбаченнями. І під можливий натяк на Нову фізику потрапив передбачений Стандартною моделлю принцип лептонної універсальності. Він говорить, що різні лептони — електрон, мюон і тау-лептон — мають однакову силу електрослабкої взаємодії, а тому мають з однаковою імовірністю з’являтися у розпадах адронів. Його порушення вказало б на те, що існує, наприклад, якась непередбачена Стандартною моделлю частинка, яка по-різному впливає на лептон. І експериментальні дані приносили натяки на це порушення.
Хто порушив цей принцип?
Пік інтересу до порушення принципу лептонної взаємодії припав на березень 2021 року, коли колаборація фізиків LHCb представила попередні результати свого аналізу протон-протонних зіткнень на Великому адронному колайдері. Вчені показали, що B-мезон обирає розпад на пару електрон-позитрон частіше, ніж на пару мюон-антимюон, хоча за Стандартною моделлю швидкість розпаду мала б бути однаковою. Втім, у нових результатах роботи колаборації аномалія зникла — принцип лептонної універсальності встояв перед Новою фізикою.
Порушення більше не шукатимуть?
Аномалія у даних, яка вказувала на порушення лептонної універсальності, зникла із доповненням набору даних даними з другого сезону роботи Великого адронного колайдера, які не потрапили у перший етап дослідження. У них фізики розглядали одразу два режими розпаду B-мезона одночасно, що дозволило краще відстежувати фонові процеси, які робили свій внесок в дані. Однак, як пишуть вчені у своїй роботі, додаткові дані про розпади частинок все ще можуть кидати виклик Стандартній моделі.