Физики из CERN достигли важного рубежа в поиске одного из самых редких известных распадов частиц. В ходе эксперимента LHCb ученые обнаружили свидетельства процесса, который, согласно расчетам, происходит лишь один раз примерно на 10 миллиардов распадов «прекрасных» (beauty) частиц.
Обнаруженный распад частицы B d (состоящей из прекрасного кварка и нижнего антикварка) в пару мюонов считается «золотым каналом» для изучения физики за пределами Стандартной модели. Результаты согласуются с предсказаниями этой теории, что позволяет ученым сузить круг поиска новых, еще не открытых частиц.
Поиск «скрытой» физики
Редкие распады представляют особую ценность, так как на них могут влиять квантовые эффекты других частиц. Это позволяет косвенно исследовать объекты, которые слишком массивны, чтобы их можно было создать напрямую в Большом адронном коллайдере. Чем реже происходит распад, тем выше чувствительность метода к таким скрытым влияниям.
Ранее, в 2015 году, ученые наблюдали схожий процесс с другой частицей — B s. Однако распад B d происходит примерно в 30 раз реже, и предыдущие попытки подтвердить его существование (включая данные до 2018 года) не увенчались успехом.
Технологический прорыв
Успех стал возможен благодаря модернизации детектора LHCb. С 2024 года эксперимент собирает данные в пять раз быстрее, чем в период с 2010 по 2018 год. Кроме того, улучшились возможности идентификации частиц, а для отделения редких сигналов от общего фона стали применяться методы машинного обучения.
«Физики охотились за этим распадом более сорока лет», — отметил Марко Сантимария, соруководитель международной группы анализа.
Статистика и перспективы
Для признания открытия в физике частиц используется показатель стандартных отклонений. Чтобы событие считалось «свидетельством», уровень значимости должен достичь 3 сигм. Анализ данных за 2024–2025 годы показал значимость 3,0, а при объединении с данными 2011–2018 годов этот показатель вырос до 3,2.
Тем не менее, для окончательного подтверждения наблюдения (объявления об открытии) требуется достичь порога в 5 стандартных отклонений. Если это произойдет, распад B d станет самым редким из когда-либо зафиксированных распадов прекрасных частиц.
В будущем точность измерений должна вырасти. В 2030 году планируется запуск High Luminosity LHC (HiLumi LHC), а в середине следующего десятилетия — очередная модернизация LHCb. Это позволит увеличить скорость сбора данных еще в десять раз и, возможно, обнаружить частицы, недоступные для текущих ускорителей.
