Что же будут изучать при помощи LHC?

Итоги работы Большого адронного коллайдера в 2022 году • Новости науки

В 2022 году на Большом адронном коллайдере стартовал третий сеанс работы. Несмотря на сложности, его начало можно считать успешным: коллайдер быстро вышел на пик производительности и готов в следующем году набирать статистику ударными темпами. Параллельно физики продолжают обработку данных прошлых сеансов и публикуют новые результаты о фундаментальном устройстве микромира. //  elementy.ru

 

Россия, Беларусь и Объединенный институт ядерных исследований в Дубне пока остаются участниками исследований на Большом адронном коллайдере. Летом этого года ЦЕРН принял решение отказаться от автоматического продления двусторонних соглашений о сотрудничестве с РФ, РБ и ОИЯИ, оставив, однако, в силе текущие соглашения, которые заканчиваются лишь в 2024 году. Комитет по экспериментам на LHC признает значительный научно-технический вклад специалистов из РФ, РБ и ОИЯИ в создании и работе коллайдера. Однако он считает неприемлемым полагаться на дальнейшее продолжение этого сотрудничества, в особенности в свете грядущей модернизации коллайдера и перехода к стадии HL-LHC. Поэтому уже сейчас начинается поиск институтов и организаций, способных в ближайшем будущем заместить вклад России, Беларуси и ОИЯИ в дальнейшую реализацию проекта (см. раздел 5 материалов 151-й встречи Комитета по экспериментам на LHC).

 

Если перейти к другим частицам и явлениям, то тут ситуация вовсе не такая пресная, как в случае бозона Хиггса. Напомним, что после первого сезона работы коллайдера обнаружился целый список очень любопытных отклонений от предсказаний Стандартной модели, которые вызвали у теоретиков настоящий ажиотаж. Тогда казалось, что чуть-чуть поднажать — и перед нами откроется новый уровень описания микромира. Однако второй сеанс коллайдера расставил всё по своим местам, безоговорочно закрыв большинство отклонений. Из всего списка остались лишь загадочные аномалии в распадах B-мезонов. А точнее, не просто остались, но и окрепли; и многие физики сейчас считают эти отклонения главной заявкой коллайдера на открытие Новой физики.

Одно из них касается распадов B-мезонов на D-мезоны и тау-лептон со своим нейтрино, а также на тот же D-мезон плюс мюон со своим нейтрино. Поделив вероятности этих двух распадов друг на друга, можно получить отношение, обозначаемое R(D), которое с высокой точностью предсказывается теоретически. Кроме того, можно изучать и другую пару распадов, при которых в конце появляется возбужденный аналог D-мезона — частица D*. В этом случае отношение обозначается R(D*).

Начиная с 2012 года эксперименты BaBar и Belle на электрон-позитронных коллайдерах, к удивлению многих, начали показывать очень существенные отличия от предсказаний Стандартной модели. По результатам измерений отношения R(D) и R(D*) оказались существенно больше, чем предсказывала теория. На рис. 5 показана совокупная картина измерений этих величин. Можно заметить, что эллипсы, отвечающие каждому эксперименту, лежат в стороне от предсказаний Стандартной модели (черная точка с погрешностями).

 

lhc_in_2022_5_1400.jpg @ elementy.ru [кеш]

2015 году к расследованию этой загадки подключился и LHC, а конкретно — детектор LHCb, специально сконструированный для изучения B-мезонов. В силу особенностей анализа, этому детектору удавалось до сих пор измерить только одну из двух величин — R(D*). Из-за этого результат LHCb был долгое время представлен на этом графике полосой, а не эллипсом. К тому же, из-за больших погрешностей, результаты LHCb не противоречили ни Стандартной модели, ни измерениям BaBar и Belle.

В 2022 году коллаборация LHCb впервые сумела измерить одновременно оба отношения R(D) и R(D*) и добавить к этому графику полноценный эллипс. Оказалось, несмотря на погрешности, что он все-таки заметно отклоняется от Стандартной модели, причем в ту же сторону, что и данные BaBar и Belle. Сообщение об этой работе появилось в октябре, результат был представлен на конференциях, и сейчас коллаборация LHCb готовит к публикации полноценную статью по этим данным. Рабочая группа HFLAV, которая уже много лет занимается объединением таких измерений, включила этот предварительный результат в свой апдейт. Как видно, расхождение между теорией и объединенными данными (красный эллипс на рис. 5) существенное и достигает 3,3 сигма.

Сейчас и LHCb, и Belle набирают новые порции данных, что позволит существенно уменьшить погрешности. В ближайшие годы совершенно определенно можно ожидать важные новости на этом фронте. Если расхождение окрепнет до 5 стандартных отклонений в каждом отдельном эксперименте, появятся все основания заявить о настоящем открытии Новой физики.

 

В данных LHC проступают новые намеки на отклонения от Стандартной модели • Новости науки

В данных Большого адронного коллайдера за последние несколько лет, похоже, вырисовываются новые намеки на отклонения от Стандартной модели. Сразу в нескольких публикациях коллабораций ATLAS и CMS, вышедших в последнее время или готовящихся к печати, сообщается об аномалиях в процессах с участием бозона Хиггса, наблюдающихся при инвариантных массах ниже 100 ГэВ и в районе 1 ТэВ. //  elementy.ru