ATLAS не проясняет ситуацию с распадом B-мезона на мюоны

Результаты измерения вероятности распадов B-мезона (по вертикали) и Bs-мезона (по горизонтали) на мюонную пару по данным ATLAS (синий цвет) и прошлогодним данным CMS и LHCb (серый цвет) в сравнении с предсказаниями Стандартной модели (красный крестик). График с сайта atlas.cern

Распад Bs-мезонов на мюон-антимюонную пару — это один из самых редких процессов, обнаруженных на Большом адронном коллайдере. Физики охотились за ним 30 лет, надеясь, что именно в нем будут впервые обнаружены отклонения от Стандартной модели. Намеки на этот распад стали проступать в данных LHC еще несколько лет назад, и окончательное объявление коллабораций LHCb и CMS об открытии этого распада было сделано в 2014 году.

К сожалению, пока что вероятность этого распада с учетом экспериментальных погрешностей лежит в предсказанных СМ интервалах. Однако одновременно с ним был обнаружен аналогичный и еще более редкий распад B-мезона (частицы без индекса «s»). Ожидалось, что коллайдеру во время сеанса Run 1 не хватит чувствительности для этого процесса. Но судя по результатам LHCb и CMS, он тоже проступает в данных, и его вероятность получается почти вчетверо больше ожиданий СМ. Статистическая значимость отклонения, впрочем, невелика, поэтому теоретики здесь настроены довольно скептично.

В целом, история поисков и текущая ситуация с этим распадом описана на страничке Распад Bs-мезона на мюон-антимюонную пару.

На днях свой вклад в эту проблему внесла коллаборация ATLAS. В ее статье Study of the rare decays of Bs0 and B0 into muon pairs from data collected during the LHC Run 1 with the ATLAS detector сообщается о результатах поиска Bs- и B-мезонов на мюоны на основе всей статистики Run 1. Полученные ATLAS результаты несколько удивляют. В данных толком не обнаружилось ни того, ни другого распада. Для вероятности распада Bs-мезона приводится значение ( (0{,}9^{+1{,}1}_{-0{,}8})cdot 10^{-9} ), что существенно меньше и предсказаний СМ, и результата CMS и LHCb, и вообще вполне совпадает с нулем. Для распада B-мезона приводится только ограничение сверху.

На рисунке показана «арена действий» в этой области физики — плоскость вероятностей обоих распадов. Предсказания СМ показаны красным крестиком, и они волне конкретные. Данные совместного анализа CMS и LHCb показаны серым цветом, и они лежат сбоку от предсказаний. Новые данные ATLAS указывают на область значений, лежащую вообще в другой стороне. Данные ATLAS не слишком хорошо согласуются ни со СМ, ни с CMS+LHCb. Из-за больших погрешностей нельзя пока говорить, что результат ATLAS им противоречит, но, по правде говоря, он больше всего намекает на полное отсутствие распада.

В принципе, специалисты не ожидали здесь от ATLAS каких-то откровений, поскольку этот детектор не слишком хорошо измеряет столь тонкие эффекты. Однако моделирование предсказывало, что какие-то события от Bs-распада ATLAS вполне мог увидеть. Самое естественное объяснение того, что он в сигнальной области не видит превышения над фоном, — это неудачная статистическая флуктуация «вниз». В целом же, это сообщение еще больше остужает желание интерпретировать данные Run 1 по этому распаду в терминах Новой физики.