Цікаві новини з Тэватрона

0
4

Сьогодні в архіві епринтов з’явилася стаття arXiv:1101.0034 колаборації CDF, що працює на американському протон-антипротонном колайдері Теватрон. У статті наводяться нові дані по народженню топ-кварків, а конкретно, по вимірюванню асиметрії між кутовими розподілами топ-кварка і анти-топ-кварка. Асиметрія вийшла ненормально великий і в області великих інваріантних мас топ-анти-топ пари на 3.4 стандартних відхилення відрізняється від пророкувань Стандартної моделі.

Тепер трохи докладніше (хоча напевно не сильно зрозуміліше 🙂 ).
Зараз практично всі дані по взаємодіють елементарних частинок чудово описуються сукупної теорією сильних, слабких і електромагнітних взаємодій, званою Стандартною моделлю. В окремих випадках, коли розрахунки за Стандартної моделі (СМ), та експериментальні дані дуже точні, вони збігаються один з одним аж з точністю до мільйонних часток. Так що СМ прекрасно описує світ, тут спору немає.

Але з іншого боку, є теоретичні й непрямі експериментальні натяки на те, що ДИВ не зможе працювати при енергіях зіткнень істотно вище 1 Тев, вона повинна якось змінитися. Фізики сподіваються, що при цих енергіях розкриється якась нова форма організації матерії — якісь нові частинки, або нові взаємодії, або нові симетрії і т. д. Теорій є багато, але яка вірна — поки ніхто не знає. Так що майже всі сучасні експерименти у фізиці елементарних частинок націлені на те, щоб якось зазирнути в цю область. LHC загляне в неї «грубою силою» завдяки високій енергії зіткнень, а експерименти на більш низьких енергіях заглянуть за рахунок своєї високої точності (ця нова форма організації матерії проявляється при низьких енергіях у вигляді слабких ефектів).

Хоч якісь відхилення від Стандартної моделі будуть першими ластівками нового пласта реальності за межами 1 Тев. Їх шукають вже давно і дещо навіть знайшли (найсвіжіший аналіз, загальний огляд СМ). Правда радіти тут особливо нічому — відмінності не дуже статистично значущі, всього 2-3 стандартних відхилення («сігми»). Таке цілком може вийти і випадково, особливо якщо ви намагаєтеся перевірити відразу пару десятків величин. До того ж ці відмінності спостерігаються в дуже тонких вимірах, з яких вже отримано майже все, що можна, і швидкого прогресу тут не передбачається. А хотілося б знайти відмінність сильніше, наприклад на 5 стандартних відхилень, і причому відхилення якісь нові, сильні.

Два роки тому дві колаборації, що працюють на Тэватроне, знайшли такий тип відхилення, правда всього на 2 сігми. Це відхилення асиметрії між топ-кварками і анти-топ-кварками, що народжуються в зіткненні протонів з антипротонами. Теорія передбачає, що коли народжується топ-анти-топ-кварковая пара, то топ-кварки трохи (на рівні 6%) воліють вилітати вперед по напрямку руху протона, а анти-топ-кварки — вперед по напрямку антипротона (що таке «вперед» і «назад» для кварків і антикварков див. на малюнку).

Угода про те, що вважається півсферою «вперед» і півсферою «назад» для вилітають топ-кварків і антикварков в протон-антипротонных зіткненнях. Частинки показано червоним кольором, античастки — синім.

Дані ж 2008 року показали асиметрію близько 24%, правда з дуже великими похибками. 2 сигма у фізиці частинок взагалі не вважаються за щось серйозне, т. к. подібні флуктуації виникають у даних постійно. Але ось що добре — це були тільки перші дані, з дуже невеликий статистикою. Тому по мірі накопичення даних ці вимірювання повинні уточнюватися. Більше того, коли даних багато, можна вже вивчати різні кінематичні розподілу і проводити більш «жорсткі» порівняння з теорією.

І ось зараз такий аналіз проведено. Статистична вибірка зросла настільки, що стало можливим побудувати розподіл за інваріантної масі топ-анти-топ-кварковых пар. І тут з’ясувалася цікава річ: майже вся асиметрія в даних береться з області великих мас, більше 450 Гев. Дані в цій галузі дають асиметрію майже 50% (0.475 +/- 0.114) проти 9%, передбачених теоретично. Розбіжність складає 3.4 сигма. Ось розподіл за інваріантним масам зі статті:

Асиметрія вперед-назад в залежності від інваріантної маси. Чорні точки — дані, зелені — моделювання на основі Стандартної моделі. Картинка з статті.

Ось це вже сильніше розбурхує уяву. Саме такі відхилення очікуються при наявності деяких важких екзотичних частинок (наприклад, важкі резонанси, несучі колір і розпадаються на кварк-антикварки). Колаборація говорить, що, наприклад, найпростіша модель з додатковим важким глюоном з масою 2 Тев непогано описує дані.

Очевидно, що ще через рік-два буде накопичено ще більше даних, і вимірювання стануть ще більш точними. Зменшення похибки в два рази при збереженій різниці потягне на дуже гучне відкриття. Правда, тут ще можуть зіпсувати всю малину теоретики, знайшовши якийсь неврахований ефект або виявивши, що поправки ще більш високого порядку ненормально великі. Подивимося.

Деякі подробиці див. також у блозі Resonaances.

Ну і нарешті, найсмішніше, що LHC в цьому вимірі не допоможе. На LHC ситуація спочатку симетрична, там стикаються протони з обох сторін. Тому там немає очевидного напрямку вперед-назад, так і домінуючий механізм народження топ-анти-топ пар там інший. Може бути, щось можна досягти кінематичними іграми, не знаю, але в будь-якому випадку це буде набагато важче, ніж на Тэватроне. Втім, якщо за всім цим стоїть якась нова масивна частинка, то LHC ще може і безпосередньо народити.

До речі, якщо ви стежите за новинами у ФЭЧ, у вас може виникнути дежавю: півроку тому була галас про асиметрію між частинками і античастицами, знайдену на Тэватроне, але правда там зовсім інші частинки і інша фізика. Я про ту роботу теж писав в блозі.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here