Аномалия в распадах B-мезонов подтверждается еще в одном эксперименте

Результаты измерения величины P′5, одного из коэффициентов в угловом распределении разлетающихся частиц. Черные точки с погрешностями — данные Belle, светлые точки — данные LHCb 2013 и 2015 годов. Красная полоса — область, предсказываемая Стандартной моделью. Изображение из обсуждаемой статьи

Ключевая задача современной физики элементарных частиц — найти Новую физику, выяснить, как функционирует микромир на еще более глубоком уровне, чем в Стандартной модели (СМ). Для этого потребуется найти достоверное отклонение от предсказаний СМ хоть в каком-то эксперименте. Большой адронный коллайдер вскрыл уже несколько подозрительных несостыковок, но пока что ни одна из них не стала окончательным приговором для СМ.

Все эти отклонения можно разбить на две большие группы: процессы при больших энергиях и распады B-мезонов. Если в первой группе «монополистом» остается LHC, то распады B-мезонов не требуют экстремальных энергий и активно изучаются и на электрон-позитронных коллайдерах. И действительно, в некоторых случаях отклонения от СМ видны сразу в нескольких экспериментах. Самый заметный случай — это намеки на нарушение лептонной универсальности, на которые указывают сразу три детектора: эксперимент LHCb с Большого адронного коллайдера и два электрон-позитронных эксперимента, японский Belle и американский BaBar. Общее отклонение всех трех экспериментов от предсказаний СМ достигает уже 4σ.

Сейчас в эту категорию перешел еще один процесс — распад B-мезона на возбужденный каон K*(892) и лептонную пару. Богатая событиями история этого отклонения тянется еще с 2013 года, но до сих пор единственным действующим лицом здесь был детектор LHCb. Статистическая значимость расхождения со СМ уже превышает 3σ, но, конечно, для пущей убедительности хорошо бы сделать кросс-проверку в другом эксперименте.

Эта проверка была выполнена коллаборацией Belle, чья статья появилась недавно в архиве е-принтов (Belle Coll., Angular analysis of B0→K∗(892)0ℓ+ℓ−). Коллаборация отобрала нужные события и провела тщательный анализ угловой зависимости разлетающихся частиц. При этом, в отличие от анализа LHCb, здесь использовались события не только с мюонными, но и с электрон-позитронными парами.

Главный результат показан на рисунке. Belle тоже видит отклонение от СМ, причем ровно в той же самой величине, что и LHCb. По данным Belle, коэффициент P′5 при промежуточных значениях инвариантной массы лептонной пары расходится с ожиданиями СМ на величину 2,1σ. Это не так много, как в данных LHCb, поскольку погрешности у Belle похуже. Но в целом два эксперимента находятся в отличном согласии друг с другом, а значит, их совместное отличие от СМ должно быть еще сильнее. Точных чисел на этот счет, впрочем, пока не приводится.

На сегодняшний день итог таков. Belle полностью подтверждает расхождение между теорией и экспериментом в распадах b-кварка на s-кварк и лептоны. Многочисленные теоретические работы, в которых эти отклонения объясняются нестандартными взаимодействиями между кварками и лептонами, как, например, вот этот недавний обстоятельный анализ, получают еще одно подтверждение, что, возможно, здесь тоже скрывается Новая физика. Однако какой-то более сильный вывод можно будет сделать лишь после анализа новой порции данных, как на LHCb, так и на Belle. Этот эксперимент, кстати, тоже был недавно полностью модернизирован, — теперь он называется Belle II, — и вскоре он начнет набор данных. Таким образом, через пару лет ситуация может стать еще более драматичной.