аномалии в распадах B-мезонов остаются горячей темой • Игорь Иванов • Новости науки на «Элементах» • Поиск Новой физики, Детектор LHCb, Проверка Стандартной модели

Сводка результатов по состоянию на 2017 год по проверке нарушения лептонной универсальности в распадах B-мезонов на D- или D*-мезон и лептон-нейтринную пару

Первый день конференции Moriond 2018 был почти целиком посвящен самой, пожалуй, горячей теме в коллайдерной физике частиц в последние годы — аномалиям в полулептонных распадах B-мезонов. Напомним, что аномальные результаты наблюдаются в двух типах процессов: в обычных распадах, где b-кварк превращается в c-кварк и пару лептон + нейтрино, и в редких распадах, где b-кварк превращается в s-кварк и пару заряженных лептонов. В обеих группах есть сильные указания на нарушение лептонной инвариантности слабого взаимодействия, — чего в рамках СМ происходить никак не должно, — и вдобавок в редких распадах наблюдается существенное расхождение в кинематических распределениях (по инвариантной массе лептонной пары и в некоторых угловых зависимостях). Мы уже несколько лет внимательно следим за развитием событий в этой области. Сводку результатов можно найти на странице Редкие распады B-мезонов: результаты, а также на страницах, специально посвященных этим отклонениям: Распад b-кварка на s-кварк и мюоны, Проблемы с лептонной универсальностью — 1, Проблемы с лептонной универсальностью — 2. На всех этих страницах есть ссылки и на более детальные новости.

Пожалуй, главная интрига заключалась в том, покажет ли сейчас коллаборация LHCb новые данные по каким-либо из этих процессов. Дело в том, что почти все перечисленные отклонения были получены LHCb по итогам сеанса Run 1. Но с тех пор уже прошло несколько лет, у коллаборации есть большой массив данных за 2016 и 2017 годы, и крайне важно будет узнать, подтверждаются ли отклонения в новой статистике.

Но увы, LHCb, равно как и другие экспериментальные группы, с обновлениями решили не торопиться. На конференции были представлены обзорные доклады по проверкам лептонной универсальности (Ch. Langenbruch, LFU tests in B decays as a probe for new physics) и по распадам b на s + лептоны (F. Dettori, Status and prospects in b to sll decays). В первом случае экспериментальная ситуация практически не изменилась с прошлого лета. На рис. 1 показана сводка результатов трех установок, играющих здесь ключевую роль: LHCb на Большом адронном коллайдере и детекторов BaBar и Belle на специализированных B-фабриках. После объединения их данных совокупное отклонение от предсказаний СМ по-прежнему уверенно держится в районе 4σ. Впрочем, в теоретическом докладе P. Gambino, Vcb and R(D*): a fresh look была дана последняя сводка расчетов этого процесса, проведенных разными методами. Уточненные расчеты теперь стали чуть-чуть ближе к эксперименту чем раньше, но не настолько, чтобы кардинально повлиять на вывод. Даже если расхождение сейчас опустится ниже 4σ, то ненамного.

Что касается аномалий в распаде b-кварка на s и мюоны, ситуация продолжает оставаться крайне интригующей. К настоящему моменту сразу несколько таких распадов демонстрируют одну и ту же особенность: в области небольших инвариантных масс мюонов есть недостаток событий по сравнению с предсказаниями (рис. 2). Пусть в каждом конкретном измерении отклонение пока не «кричащее», но объединенное расхождение тоже держится на уровне 4–5σ (впрочем, это число у разных авторов по-прежнему различается). Кроме того, физиков воодушевляет то, что эти отклонения проступают скоррелированным образом сразу по всем фронтам, а не относятся только к какому-то одному процессу. Накопленный теоретиками опыт показывает, что именно так должна проступать Новая физика: мы сразу несколькими способами нащупываем в законах микромира какой-то неожиданный сбой.

Был также сделан обзор экспериментальных результатов по сверхредким распадам (M. Van Veghel, Very rare decays at LHC). Среди прочего там обсуждались недавние результаты по распаду B-мезонов на мюоны (здесь одно время тоже была небольшая аномалия, но она недавно исчезла), а также редкому распаду Сигма-гиперона (см. новость Коллаборация LHCb разобралась с загадочным результатом 13-летней давности).

Теоретики, разумеется, тоже не остались в стороне. Они выступили с обзорными докладами о том, как изучать Новую физику в этих аномалиях, а также дали конкретные примеры моделей, которые могли бы объяснить расхождения. Выводы, в общих чертах, такие: похоже, что аномалии наблюдаются именно для мюонов, и все они дают предпочтение одному вполне конкретному варианту их взаимодействия с кварками. Если же пытаться количественно описать сразу все отклонения, то задача оказывается совсем непростой, но в принципе такие модели существуют. Остается, конечно, вопрос, стоит ли реально пытаться натянуть новую модель сразу на все отклонения; ведь некоторые из них все-таки могут оказаться флуктуациями.

Что касается будущего, то научное сообщество по-прежнему с нетерпением ждет результаты LHCb на статистике сеанса Run 2, а также кардинально модернизированного детектора Belle II, который сейчас как раз начинает работу. Если нынешний намек на нарушение лептонной универсальности, присутствующий на рис. 1, сохранится, то примерно через 5 лет расхождение достигнет 10σ (рис. 3) — и, видимо, тогда можно будет говорить о безоговорочном открытии чего-то нового. По крайней мере, потенциал у LHCb и Belle II для этого есть, ну а как уж всё сложится в реальности, пока знает только природа.

Рис. 3. Ожидаемая картина будущих измерений LHCb и Belle II, если нынешнее отклонение сохранится

Источник