Фізики з ЦЕРНу зафіксували рідкісний розпад B⁰-мезона на мюон і антимюон, підтвердивши Стандартну модель

Відкриття розпаду B⁰-мезона

Як повідомляє НВ — Техно: 7 листопада 2023 року фізики з Європейської організації з ядерних досліджень (ЦЕРН) повідомили про отримання експериментальних доказів надзвичайно рідкісного розпаду B⁰-мезона на мюон і антимюон. Це відкриття є важливою перевіркою Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Процес розпаду, який зафіксували за допомогою детектора LHCb на Великому адронному колайдері, відбувається внаслідок анігіляції b-кварка та d-кварка.

Теоретичні ймовірності та результати експериментів

Теоретична ймовірність даного розпаду згідно зі Стандартною моделлю, яка була розроблена у 1984 році, становить 1,03 на 10 мільярдів розпадів. Для B⁰ₛ-мезона ймовірність аналогічного розпаду ще нижча – 3,66 на мільярд. Водночас, розпад B⁰ₛ-мезона вже було зафіксовано раніше. Докази розпаду B⁰-мезона не були отримані протягом понад 40 років, і їхня статистична значущість сигналу становить 3,2 стандартних відхилення.

Аналіз даних зіткнень протонів, запланованих на 2024−2025 роки, був поєднаний з попередніми вимірюваннями, що дозволило отримати частоту розпаду B⁰, яка становить приблизно 1,14 на 10 мільярдів подій. Вимірювання розпаду B⁰ₛ-мезона здійснено з точністю 3,25 на мільярд, а ефективний час життя B⁰ₛ-мезона визначено на рівні приблизно 1,60 пікосекунди. Отримані значення підтверджують теоретичні прогнози Стандартної моделі, водночас не виявлено ознак гіпотетичної нової фізики.

Вчені планують проведення додаткових сеансів роботи колайдера з метою уточнення частоти розпаду та вивчення механіки цього процесу. Діаграми Фейнмана для розпаду B⁰ → µ⁺µ⁻ будуть опубліковані в arXiv у 2026 році. Це дослідження є важливим кроком у розумінні елементарних частинок і їхніх взаємодій.

Отримані результати можуть мати значення для подальшого розвитку теорії фізики елементарних частинок, оскільки підтверджують прогнози Стандартної моделі, яка є основою сучасної фізики.

Відкриття рідкісних розпадів, таких як B⁰-мезона, може допомогти вченим зрозуміти механізми, що лежать в основі взаємодій частинок, а також виявити нові аспекти фізики, які ще не були досліджені. Тривалість та точність подальших експериментів на Великому адронному колайдері можуть відкрити нові горизонти в цій галузі науки.

Це відкриття підкреслює важливість подальших досліджень у галузі фізики елементарних частинок. Незважаючи на успіхи, вчені CMS та LHCb також виявили певні систематичні відхилення від Стандартної моделі, що ставить нові запитання щодо природи розпадів b-кварків та їхніх взаємодій.