Наука и образование

В НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ обсудили нарушение CP инвариантности

В начале 2024 года в журнале Physical Review Letters были опубликованы две статьи, в которых эксперимент LHCb, представил новые прецизионные измерения эффектов нарушения CP инвариантности в распадах прелестных мезонов.  5 марта в Отделении физики высоких энергий Института состоялся семинар, на котором сотрудники ОФВЭ обсудили эти работы.

Поиски новых источников нарушения CP четности важны для понимания эволюции Вселенной в первые секунды после Большого взрыва. Отличие частиц от античастиц, проявляющееся в нарушении СР инвариантности, является одним из условий, сформулированных А.Д. Сахаровым, необходимых для объяснения образования барионной асимметрии Вселенной. В Стандартной модели физики частиц (СМ) CP инвариантность нарушена в кварковом секторе. Этот эффект связан с ненулевой комплексной фазой элементов унитарной матрицы кваркового смешивания (матрицы Кабиббо-Кобаяши-Маскавы, ККМ-матрицей). Ожидается, что проявления новой физики, выходящей за пределы СМ, связаны с заметным нарушением CP-четности, поэтому одна из стратегий поиска таких эффектов основана на прецизионных измерениях элементов ККМ-матрицы (или их соотношений) и проверке условий её унитарности. Эксперимент LHCb выполняет данные исследования, изучая характеристики распадов прелестных мезонов.

В 2023 году эксперимент LHCb закончил обработку данных, набранных в ходе второго этапа работы БАК при энергии взаимодействия протонов 13 ТэВ, и направил в печать результаты прецизионных измерений параметров СР нарушения: sin(2β) и φ_s. Эти работы были опубликованы в начале 2024 года в журнале Physical Review Letters (1, 2). Величины обеих наблюдаемых могут быть точно рассчитаны в рамках СМ на основании результатов независимых измерений другого типа и использовании свойства унитарности ККМ-матрицы. В представленных работах исследовались распады B⁰ → ψ(→μ⁺μ⁻)K_S⁰(→π⁺π⁻) и B_s⁰ → ψ(→μ⁺μ⁻)ϕ(→K⁺K⁻), также распады соответствующих античастиц (символ ψ обозначает чармониевые резонансы). Был проведен анализ углов разлета частиц для каждого события в зависимости от времени, прошедшего с момента образования прелестной частицы.

Эффект нарушения CP-инвариантности наиболее ярко проявляется для распадов B⁰ → ψK_S⁰ в распределении для зависящей от времени CP-асимметрии (см. Рис. 1). В отсутствии эффекта данный параметр был бы тождественно равен нулю независимо от времени. В результате анализа было получено значение sin(2β) = 0.717 ± 0.013_стат ± 0.008_сист.

Как и ожидалось, величина фазы φ_s оказалась мала –0.039 ± 0.022_стат ± 0.006_сист. Это полностью соответствует предсказаниям, сделанным на основе СМ (см. Рис. 2). Полученные значения φ_s, и sin(2β) являются самыми точными на сегодняшний день и находятся в хорошем согласии в пределах имеющихся неопределенностей как с результатами предыдущих измерений, так и с предсказаниями СМ.

Сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ принимали активное участие в создании, запуске и техническом сопровождении Мюонной системы детектора LHCb, информация с которой использовалась для выделения сигнала от распада B_s⁰ и B⁰ мезонов. Подробнее об этом измерении можно узнать из материалов Семинара ОФВЭ (видеозапись, слайды), на котором обсуждались эти измерения. С докладом выступил заведующий Лабораторией барионной физики ОФВЭ Алексей Дзюба.