Физики Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) получили свидетельства одного из самых редких распадов частиц. Исследователи, работающие с экспериментом LHCb на Большом адронном коллайдере, зафиксировали процесс, который, согласно расчетам, происходит примерно один раз на 10 млрд распадов частиц с прелестным кварком. Об этом сообщил сайт ScienceDaily.
Речь идет о распаде частицы Bd, состоящей из прелестного кварка и антикварка с нижним ароматом, на пару мюонов μ+μ—. Мюоны схожи с электронами, но обладают значительно большей массой. Полученные данные соответствуют предсказаниям Стандартной модели — основной теории элементарных частиц и их взаимодействий, — и позволяют сузить круг вариантов существования новых частиц за ее пределами.
Особый интерес к этому процессу связан с тем, что на него могут влиять частицы, которые невозможно напрямую создать в коллайдере из-за слишком большой массы. Квантовые эффекты способны оставлять след в частоте редких распадов. Поэтому сопоставление точных измерений с теоретическими расчетами может показать признаки неизвестных частиц, причем наиболее редкие процессы обычно оказываются наиболее чувствительными к таким влияниям.
Распад Bd → μ+μ— относят к так называемым «золотым каналам» поиска физики за пределами Стандартной модели. В ходе процесса прелестный кварк и антикварк с противоположным электрическим зарядом уничтожают друг друга, а их энергия превращается в мюон и антимюон. Ранее ученые подтвердили сходный распад частицы Bs, а в 2015 году совместный анализ LHCb и CMS впервые зафиксировал его и обнаружил предварительные признаки более редкого распада Bd.
Последующие исследования с данными, собранными до 2018 года, не подтвердили прежние признаки распада Bd. Распад Bs происходит примерно три раза на 1 млрд распадов частиц с прелестным кварком, тогда как процесс с Bd, по расчетам, встречается примерно в 30 раз реже. Обновление эксперимента LHCb позволило с 2024 года собирать данные в пять раз быстрее, чем в период с 2010 по 2018 год, а улучшенная система стала точнее различать типы частиц.
Для отделения редкого сигнала от многочисленных фоновых процессов ученые также применили методы машинного обучения. По словам Марко Сантиамарии, являвшегося одним из руководителей международной группы из 19 исследователей, «физики более сорока лет искали этот распад, а для выделения мюонов на фоне огромного числа других событий требуется чрезвычайная точность». Анализ данных за 2024–2025 годы дал значимость сигнала в 3,0 стандартного отклонения, а объединение с результатами 2011–2018 годов повысило ее до 3,2, что соответствует принятому уровню свидетельства, но еще не подтверждает открытие: для этого требуется пять стандартных отклонений.