Исследователи из ЦЕРНа выявили крайне редкий процесс распада частиц, который открывает новые перспективы для изучения физики, выходящей за рамки текущего понимания взаимодействия «строительных блоков» материи. На семинаре CERN EP коллаборация NA62 представила первое экспериментальное наблюдение сверхредкого распада заряженного каона на заряженный пион и пару нейтрино-антинейтрино (K + → π + ν?).
Это явление исключительно редкое: согласно Стандартной модели (СМ) физики элементарных частиц, которая описывает взаимодействие частиц, такая вероятность распада составляет менее одного на 10 миллиардов каонов. Эксперимент NA62 специально спроектирован и проведён для измерения данного распада.
Кристина Лаццерони, профессор физики элементарных частиц из Университета Бирмингема, отметила: «С помощью этого измерения K + → π + ν? становится самым редким распадом, подтверждённым на уровне открытия — знаменитых 5 сигм. Этот сложный анализ — результат исключительной командной работы, и я чрезвычайно горжусь нашим достижением».
Каоны создаются при помощи высокоинтенсивного протонного пучка суперпротонного синхротрона ЦЕРНа (SPS), который сталкивается с неподвижной мишенью. Это порождает поток вторичных частиц со скоростью почти миллиард частиц в секунду, из которых около 6% составляют заряженные каоны. Детектор NA62 идентифицирует каждую частицу и точно измеряет продукты её распада, за исключением нейтрино, которые проявляются как недостающая энергия.
Профессор Джузеппе Руджеро из Флорентийского университета добавил: «Это кульминация долгосрочного проекта, начатого более десяти лет назад. Поиск эффектов в природе с вероятностью порядка 10-11 — увлекательная и сложная задача. После долгой и кропотливой работы мы получили впечатляющую награду за наши усилия и предоставили долгожданный результат».
Результат основан на данных, собранных в ходе экспериментов NA62 в 2021–2022 годах, а также данных, опубликованных ранее за период 2016–2018 годов. Набор данных за 2021–2022 годы собран после обновлений установки NA62, что позволило работать с интенсивностью пучка на 30% выше и использовать новые и улучшенные детекторы.
Модернизация оборудования и усовершенствованные методы анализа позволили увеличивать скорость сборки потенциальных сигналов на 50% и добавили новые инструменты для подавления фоновых сигналов.
Группа учёных из Бирмингемского университета, возглавляемая профессором Евгением Гудзовским, присоединилась к эксперименту NA62 на этапе проектирования в 2007 году, сыграв ключевую роль в сотрудничестве.
Профессор Гудзовски отметил: «Привлечение лучших талантов и предоставление ответственных должностей молодым исследователям всегда было нашим приоритетом. Мы гордимся тем, что нынешний координатор по физике NA62 и текущий организатор измерения K + → π + ν? являются бывшими аспирантами Бирмингема. Нас вдохновляет возможность работать в такой энергичной и конструктивной команде и руководить ею».
Научная группа исследует распад K + → π + ν?, так как он чувствителен к новой физике за пределами СМ. Это делает распад одним из наиболее интересных процессов для поиска новых физических явлений.
Вероятность распада каонов на пион и два нейтрино оценивается примерно как 13 на 100 миллиардов, что соответствует предсказаниям СМ, но примерно на 50% выше. Это может быть связано с новыми частицами, увеличивающими вероятность такого распада, однако для подтверждения этой гипотезы необходимо больше данных. В настоящее время эксперимент NA62 продолжает сбор данных, и учёные надеются подтвердить или опровергнуть наличие новой физики в этом распаде в ближайшие годы.
Источник: iXBT
