Tłumaczenie komunikatu prasowego CERN

W dniu dzisiejszym eksperyment LHCb w CERN ogłosił nowe wyniki, które, jeśli zostaną potwierdzone, mogą sugerować naruszenie modelu standardowego fizyki cząstek elementarnych. Wyniki koncentrują się na potencjalnym naruszeniu uniwersalności tzw. zapachu (flavour) leptonów i zostały ogłoszone na konferencji w Moriond poświęconej oddziaływaniom elektrosłabym i teoriom unifikacji oddziaływań, a także na seminarium online w CERN, Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych.

Pomiar wykonany przez eksperyment LHCb porównuje dwa typy rozpadów kwarków pięknych: pierwszy z elektronem w stanie końcowym, a drugi z mionem, - cząstką elementarną podobną do elektronu, ale około 200 razy cięższą. Elektron i mion, wraz z trzecią cząstką zwaną tau, są rodzajami leptonów, a różnica między nimi nazywana jest „zapachem”. Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych przewiduje, że rozpady obejmujące różne zapachy leptonów, takie jak ten w badaniu LHCb, powinny zachodzić z takim samym prawdopodobieństwem, cechą znaną jako uniwersalność zapachu leptonowego, która jest zwykle mierzona stosunkiem między prawdopodobieństwami rozpadów prowadzących do powstania par tych cząstek. W Modelu Standardowym fizyki cząstek ten stosunek powinien być bardzo bliski jedności.

Nowy wynik wskazuje na odchylenie od jedności: statystyczna istotność wyniku wynosi 3,1 odchylenia standardowego, co oznacza prawdopodobieństwo około 0,1%, że dane są zgodne z przewidywaniami Modelu Standardowego. „Gdyby potwierdzono naruszenie uniwersalności zapachu leptonów, wymagałoby to nowego zjawiska fizycznego, takiego jak istnienie nowych cząstek elementarnych lub nowych oddziaływań” - mówi rzecznik LHCb, profesor Chris Parkes z Uniwersytetu w Manchesterze i CERN. „Trwają dalsze badania dotyczące powiązanych procesów z wykorzystaniem istniejących danych LHCb. Będziemy podekscytowani widząc, czy wzmocnią intrygujące wskazówki w obecnych wynikach”.

Przedstawione dzisiaj odchylenie jest zgodne z anomaliami mierzonymi w podobnych procesach przez LHCb i inne eksperymenty na całym świecie w ciągu ostatniej dekady. Nowe wyniki określają stosunek między prawdopodobieństwami rozpadów z większą precyzją niż poprzednie pomiary i po raz pierwszy wykorzystują wszystkie dane zebrane przez detektor LHCb do tej pory.

Eksperyment LHCb jest jednym z czterech dużych eksperymentów przy Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN, położonym pod ziemią na granicy francusko-szwajcarskiej w pobliżu Genewy. Eksperyment ma na celu zbadanie rozpadów cząstek zawierających kwark piękny, cząstkę elementarną o masie około czterokrotnie większej od masy protonu. Przedstawione dzisiaj wyniki koncentrują się na uniwersalności zapachu leptonów, ale eksperyment LHCb bada również różnice między materią a antymaterią.

Patrząc w przyszłość, eksperyment LHCb jest dobrze przygotowany do wyjaśnienia potencjalnego istnienia nowych efektów fizycznych, o których mowa w przedstawionych dzisiaj rozpadach. Oczekuje się, że eksperyment LHCb rozpocznie zbieranie nowych danych w przyszłym roku, po modernizacji detektora. Danych tych będzie znacznie więcej niż dotychczas, co przełoży się na większą dokładność pomiarów.

Informacje uzupełniające

We Współpracy LHCb biorą udział trzy grupy doświadczalne z instytutów w Warszawie (w tym NCBJ) i Krakowie. Zajmują się one zarówno budową i obsługą aparatury detekcyjnej i obliczeniowej, jak też wieloma analizami danych, sprawdzającymi Model Standardowy oddziaływań. Centrum Informatyczne Świerk pełni rolę jednego ze znaczących węzłów obliczeniowych eksperymentu.

Komentarz prof. dr. hab. Wojciecha Wiślickiego kierującego grupą eksperymentu LHCb w NCBJ

Rozpady zmierzone przez LHCb należą do tzw. półleptonowych rozpadów ciężkich kwarków, w których kwark b (tzw. piękny) staje się nieco lżejszym kwarkiem s (tzw. dziwnym). Proces ten jest dobrze opisany w ramach Modelu Standardowego, a prawdopodobieństwo jego zajścia zostało z wielką dokładnością obliczone teoretycznie. Rozpad ten może jednak też zajść z udziałem egzotycznych obiektów, przewidywanych przez teorie spoza Modelu Standardowego, np. leptokwarków lub cząstek supersymetrycznych, które powodują, że częstości rozpadów z elektronami różnią się od tych z mionami. Zaobserwowanie różnicy częstości, nazywane złamaniem uniwersalności leptonowej, budzi tak duże zainteresowanie, ponieważ nie ma dla niego standardowego wyjaśnienia. Dopiero dziś zbliżamy się do takiej dokładności pomiaru, aby móc rozstrzygać między hipotezami teoretycznymi, choć i obecna znaczącość pomiaru, czyli nieco ponad 3 odchylenia standardowe, musi być poprawiona i potwierdzona niezależnym pomiarem, aby ogłosić sukces w obserwacji nowej fizyki. Dlatego tak ważny jest następny seans zbierania danych, który zacznie się w CERNie w przyszłym roku. Danych tych będzie znacznie więcej niż dotychczas, a dokładność aparatury detekcyjnej też istotnie wzrośnie, co przełoży się na większą dokładność pomiarów.

We Współpracy LHCb biorą udział trzy grupy doświadczalne z instytutów w Warszawie i Krakowie. Zajmują się one zarówno budową i obsługą aparatury detekcyjnej i obliczeniowej, jak też wieloma analizami danych, sprawdzającymi Model Standardowy oddziaływań. Ważny jest wkład polskich instytutów właśnie np. w budowę nowych podzespołów do pomiaru leptonów, w opracowanie algorytmów do ich identyfikacji oraz udostępnianie infrastruktury obliczeniowej do przetwarzania wielkich zbiorów danych.

Oryginalny komunikat CERN:
https://home.cern/news/news/physics/intriguing-new-result-lhcb-experime…

Photo of the LHCb experiment: http://cds.cern.ch/record/2302374?ln=fr#24
Podpis: “Eksperyment LHCbto jeden z czterech wielkich eksperymentów przy Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN, umieszczony pod ziemią przy granicy szwajcarsko-francuskiej w okolicach Genewy.”

VNR : https://videos.cern.ch/record/2758757

LHCb paper : https://arxiv.org/abs/2103.11769

LHCb article : https://lhcb-public.web.cern.ch/Welcome.html#RK2021