Текущая ситуация
Редкие распады мезонов, и в особенности B-мезонов, позволяют заметить эффекты Новой физики даже без прямого рождения новых тяжелых частиц. Три основных класса задач — это детальное изучение полулептонных и радиационных распадов, открытие и измерение вероятности лептонных распадов и поиск распадов, запрещенных в Стандартной модели. Перед запуском LHC наибольшие ожидания связывались с распадом на μ+μ–-пару, за которым физики охотятся уже почти 30 лет, но и другие распады способны преподнести сюрпризы. Во всех этих поисках главную роль в силу своих конструкционных особенностей играет LHCb. Коллаборация CMS тоже часто выдает сравнимые результаты, а детектор ATLAS заметно отстает.
По состоянию на август 2013 года ситуация такова:
- После почти 30-летних поисков наконец-то открыт важнейший сверхредкий распад Bs → μ+μ–. Его вероятность составляет (2,9 ± 0,7)·10–9 и в пределах погрешностей согласуется с предсказаниями Стандартной модели (рис. 1, слева).
- Появились первые намеки на еще более редкий распад — B → μ+μ–, вероятность которого в рамках СМ оценивается на уровне 10–10. Эксперимент показывает примерно втрое большее значение, но его статистическая значимость невелика, и поэтому говорить о серьезном измерении и тем более о расхождении с теорией пока преждевременно (рис. 1, справа).
- Открыты некоторые другие редкие распады нейтральных и заряженных B-мезонов (рис. 2). Поиск запрещенных распадов положительных результатов пока не дал.
- Изучены угловые распределения в полулептонных распадах. В отдельных случаях наблюдаются небольшие отклонения от Стандартной модели.
- В целом, статистически значимых расхождений со Стандартной моделью пока не выявлено, хотя некоторые подозрительные результаты требуют дальнейшего анализа.
Рис. 1. Данные по распаду Bs-мезона (вверху) и B-мезона (внизу) на μ+μ–-пару. Изображение с сайта cds.cern.ch
Если учитывать не только последние данные LHC, но и результаты других коллайдеров, то источником всей новой информации здесь являются регулярно обновляемые сводки, которые выполняет группа HFAG. На рис. 2 приведены сводки редких распадов Bs-мезонов и заряженных и нейтральных B-мезонов.
Рис. 2. Сводка экспериментальных результатов по редким распадам Bs-мезонов (вверху) и B-мезонов (внизу) по состоянию на июнь 2013 года, а также их усредненные значения (показаны черным цветом), найденные группой HFAG. Вероятность выражена в миллионных долях
Лептонные распады
Сводка основных результатов по поиску и измерению распадов Bs— и B-мезонов на μ+μ–-пару. В графе «результат» указана измеренная вероятность соответствующего распада.
| Дата | Коллаборация | Подробности поиска | Результат | Ссылки |
| Июль 2013 | CMS + LHCb | Объединение новых результатов двух детекторов; официальное заявление об открытии распада | B(Bs → μ+μ–) = (2,9 ± 0,7)·10–9
B(B → μ+μ–) = (3,6+1,6–1,4)·10–10 |
Сводка результатов, «Элементы» |
| Июль 2013 | LHCb | Статистика 3 fb–1 (2011 и 2012 годы) | B(Bs → μ+μ–) = (2,9+1,1–1,0)·10–9
B(B → μ+μ–) = (3,7+2,4–2,1)·10–10 |
Статья, «Элементы» |
| Июль 2013 | CMS | Статистика 25 fb–1 (2011 и 2012 годы) | B(Bs → μ+μ–) = (3,0+1,0–0,9)·10–9
B(B → μ+μ–) = (3,5+2,1–1,8)·10–10 |
Пресс-релиз, статья, «Элементы» |
| Июль 2013 | ATLAS | Статистика 4,9 fb–1 (полная статистика 2011 года) | B(Bs → μ+μ–) < 15·10–9 | Доклад |
| Ноябрь 2012 | LHCb | Статистика 2,1 fb–1; впервые получено указание на существование этого распада | B(Bs → μ+μ–) = (3,2+1,5–1,2)·10–9
B(B → μ+μ–) < 9,4·10–10 |
Статья, «Элементы» |
| Июнь 2012 | ATLAS + CMS + LHCb | Объединение ранних результатов трех детекторов; статистика 2,4 fb–1 (ATLAS), 5 fb–1 (CMS), 1 fb–1 (LHCb) | B(Bs → μ+μ–) < 4,2·10–9
B(B → μ+μ–) < 8,1·10–10 |
Доклад |
Другие редкие или запрещенные в Стандартной модели распады Bs— и B-мезонов
В таблице приведены только запрещенные распады или те изученные полулептонные распады, которые в чем-то отличаются от ожиданий Стандартной модели. Результаты по полулептонным распадам, во всем совпадающие со Стандартной моделью, опущены (их можно найти на рис. 2).
| Дата | Коллаборация | Подробности поиска | Результат | Ссылки |
| Август 2013 | LHCb | Изучено угловое распределение в распаде B → K*μ+μ–; статистика 1 fb–1 | В одном из коэффициентов обнаружено заметное отличие от теоретических ожиданий (3,7σ) | Статья, «Элементы» |
| Август 2013 | LHCb | Поиск запрещенных распадов на e+μ– или μ+e–-пары; статистика 1 fb–1 | B(Bs → e±μ∓) < 1,1·10–8
B(B → e±μ∓) < 2,8·10–9 |
Статья |
| Март 2013 | LHCb | Поиск распада на μ+μ–μ+μ–; статистика 1 fb–1 | B(Bs → 2μ+2μ–) < 1,6·10–8
B(B → 2μ+2μ–) < 6,6·10–9 |
Статья |
Редкие распады заряженных B-мезонов
| Дата | Коллаборация | Подробности поиска | Результат | Ссылки |
| Июль 2013 | LHCb | Изучен распад B+ → K+μ+μ–; статистика 3 fb–1 | Обнаружена структура, похожая на мезон ψ(4160), однако вероятность его рождения отличается от теоретических ожиданий | Статья, «Элементы» |
| Октябрь 2012 | LHCb | Впервые открыт распад B+ → π+μ+μ–; статистика 1 fb–1 | B(B+ → π+μ+μ–) = (2,3 ± 0,6)·10–8 | Статья |
Дополнительные ссылки:
Тематические страницы коллабораций:
- LHCb: редкие распады, общая страница результатов, сезонная подборка и дайджест интересных результатов;
- CMS: B-physics and quarkonia;
- ATLAS: B-physics.
Обзорные публикации:
- HFAG Coll. Averages of b-hadron, c-hadron, and tau-lepton properties as of early 2012 // е-принт arXiv:1207.1158 [hep-ex] — детальный отчет группы HFAG, включающий уже и данные LHC. Более ранние данные см. на странице группы HFAG;
- Implications of LHCb measurements and future prospects (август 2012 года) — обзор результатов LHCb на статистике 2011 года.