Дмитрий Сафин

Коллаборация CMS доказала, что неожиданный сигнал, полтора года назад зарегистрированный в опытах на американском протон-антипротонном коллайдере «Теватрон», был ложным.

Сигнал, напомним, мог свидетельствовать о появлении некоей новой частицы с массой около 150 ГэВ и был обнаружен при измерении вероятности рождения пар W- и Z-бозонов WW и WZ. Каждый из этих двух бозонов может распадаться на кварки, формируя в процессе адронизации (образования адронов — элементарных частиц, участвующих в сильных взаимодействиях) так называемые струи. Поскольку полезные события нужно было как-то отличать от простого рождения кварков, физики рассматривали только те данные, которые удовлетворяли следующей схеме: один бозон (W) должен был распадаться на электрон или мюон и нейтрино, а второй (W или Z) — на кварк-антикварковую пару, создававшую две адронные струи.

Обработкой результатов экспериментов на «Теватроне» занималась научная группа CDF. Для выделения интересовавших их событий «WW + WZ» они использовали инвариантную массу системы из двух струй M_jj. Известно, что струи, рождающихся при распаде какой-то конкретной частицы с неизменной массой, будут давать M_jj, близкую к этой массе, а у струй, которые появляются независимо за счёт фоновых процессов, M_jj может принимать значения из очень широкого диапазона.

Итогом работы CDF стал показанный ниже график (распределение числа событий по величине M_jj), «очищенный» от всех известных видов фона. На распределении хорошо виден ожидаемый пик в области 80 ГэВ, подтверждающий, что детектор действительно регистрировал пары WW и WZ. При этом на участке 120–160 ГэВ выделялся ещё один «бугор», появление которого моделирование не предсказывало. Отсюда следовало, что учтённые процессы, возможно, дополнялись рождением W-бозона в паре с новой частицей, распадающейся на кварки.

Изначальная статистическая значимость второго сигнала (3,2 стандартного отклонения) была не слишком высока, но учёные из CDF вскоре приблизили её к принятой в физике норме в 5σ. Хотя многие специалисты относились к новому эффекту скептически, игнорировать его было уже невозможно.

Исходный график CDF (иллюстрация CDF Collaboration).

В архиве препринтов тут же стали появляться теоретические работы, объясняющие появление сигнала, но продолжалось это недолго. Первая же проверка данных CDF, выполненная в июне 2011-го их коллегами из коллаборации DZero, также работающей на «Теватроне», никаких аномалий в распределении событий по M_jj не выявила. «Мы не можем подтвердить существование пика, о котором говорилось ранее, — резюмировал представитель DZero Дмитрий Денисов. — Рассуждать о какой-то «новой физике» бессмысленно».

Чтобы закрыть вопрос, специалисты CMS провели своё исследование, основанное на данных Большого адронного коллайдера. Как и ожидалось, никакого пика в области 100–200 ГэВ на графике, полностью аналогичном графику от CDF, они не увидели.

Теперь, когда подозрительный сигнал, замеченный CDF, признан однозначно ошибочным и связанным с особенностями работы детектора или методик обработки информации, можно отбросить и несколько схем, которые успели построить теоретики. Некорректными, в частности, были признаны идеи о том, что на «Теватроне» наблюдалось рождение гипотетического Z’-бозона, переносчика какого-то нового взаимодействия, и объяснения результата CDF в рамках модели техницвета.

Распределение, построенное по данным Большого адронного коллайдера (иллюстрация CMS Collaboration).

Источник