Фізики провели найточніший на сьогоднішній день аналіз вимірювань розпаду B-мезону на детекторі LHCb. Дані експерименту не узгоджуються з теоретичними передбаченнями Стандартної моделі, однак величина цієї розбіжності залежить від вибору невідомих параметрів. Препринт роботи опубліковано на сервері документів CERN.
Одне з основних завдань детектора LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) - пошук спостережуваних відхилень від Стандартної моделі в розпадах чарівних адронів - тобто елементарних частинок, до складу яких входить чарівний (beauty, b-) кварк або його антикварк. До цього класу частинок належить B0-мезон - електрично нейтральна нестабільна система з b-антикварку і d-кварка. В експериментах LHCb B0-мезони утворюються в протон-протонних зіткненнях і незабаром після цього розпадаються за різними модами (тобто різними способами). В одному зі сценаріїв розпаду народжуються нейтральний каон в збудженому стані (K * 0), а також пара з мюону і антимюону (^ - і +). Реєструючи продукти розпаду на детекторі, можна звіряти їх розподіл за напрямом руху з прогнозом, який дає Стандартна модель. Головна проблема полягає в статистичній обробці даних: щоб порівнювати експериментальні та теоретичні дані, необхідно правильно визначити похибки визначення тих та інших величин.
Вчені з колаборації LHCb за участю Рула Аай (Roel Aaij) з Національного інституту субатомної фізики Nikhef в Амстердамі провели найбільш точний на сьогоднішній день аналіз вимірювань розпадів B0-мезону з утворенням K * 0 і пари + -. Відповідні експерименти на прискорювачі проводилися в 2011, 2012 і 2016 роках.
Насамперед вчені позбулися спотворення даних, до якого призводять фонові події, тобто реакції з утворенням інших частинок. Автори виключили з розгляду діапазони енергії, характерні для інших каналів розпаду, а для решти фону - використовували комп'ютерний алгоритм, який дозволив придушити 97 відсотків шуму при збереженні 85 відсотків сигналу. Щоб оцінити систематичні похибки, що відповідають неточностям в тому чи іншому параметрі, дослідники виконали ряд псевдоекспериментів - тобто симуляцій на основі реального досвіду, в яких вимірювалася відмінність підсумкових даних при варіації вхідних величин. У теоретичних розрахунках на основі Стандартної моделі враховувалися поправки на формфактори частинок і відповідні ефекти квантової хромодинаміки для характерних дистанцій.
В результаті фізики встановили, що відхилення експериментальних величин від теоретичних становить близько 3,3- з точки зору статистики це піддає прогнози Стандартної моделі серйозному сумніву. Автори зазначають, що величина відхилення залежить від вибору діапазонів енергії. Так, якщо не брати до уваги дані з регіону з найбільшим зміщенням щодо прогнозів, розбіжність зменшується до 2,7º. Крім того, на результат може впливати обробка «заважальних» параметрів моделі - допоміжних невідомих величин, які не є шуканими значеннями.
За останній час дані LHCb допомогли досягти й інших важливих наукових результатів. Так, минулого року фізики оголосили про відкриття нового пентакварка і вперше помітили асиметрію між матерією і антиматерією в розпадах D-мезону.