Физики ЦЕРН нашли след редчайшего распада B⁰-мезона
Физики коллаборации LHCb на Большом адронном коллайдере получили первые убедительные свидетельства распада нейтрального B⁰-мезона на пару мюонов. Вероятность такого события составляет примерно 1 случай на 10 млрд распадов этой частицы, а поиск продолжался с 1984 года.
Новые данные дали статистическую значимость 3,0 стандартного отклонения, а объединение с предыдущими измерениями LHCb повысило её до 3,2. Это свидетельство существования распада, но не окончательное открытие: случайную флуктуацию пока исключить нельзя.
Стандартная модель предсказывает вероятность 1,03 случая на 10 млрд, а эксперимент дал 1,26 случая на 10 млрд с большой статистической неопределённостью. Процесс идёт через квантовые петлевые переходы с участием тяжёлых частиц, включая W-бозоны и t-кварки.
По оценкам авторов, такие измерения позволяют проверять новые физические взаимодействия на энергетических масштабах до 100 ТэВ — значительно выше энергии прямых столкновений на БАК. Прежний экспериментальный предел составлял 1,6 случая на 10 млрд.
Для анализа использовали данные Run 3, собранные в 2024–2025 годах при энергии 13,6 ТэВ, с интегральной светимостью 18 обратных фемтобарн. Детектор LHCb Upgrade I впервые применили для распадов B-мезонов на два мюона: допустимая мгновенная светимость выросла в 5 раз, а вместо аппаратного первого уровня отбора работает полностью программная система.
Редкие события выделяли с помощью градиентного классификатора на деревьях решений. Он учитывает траектории частиц и изолированность кандидатов, а события разделили на 5 категорий по качеству классификации и анализировали распределения инвариантной массы пар мюонов.
Параллельно измерили более частый распад Bₛ⁰-мезона на два мюона: вероятность составила 3,31 случая на 1 млрд против предсказанных 3,66, а с учётом прошлых данных — 3,25 случая на 1 млрд. Эффективное время жизни в новых данных составило 1,42 пикосекунды, с учётом прошлых измерений — 1,60 пикосекунды. Все результаты согласуются со Стандартной моделью.