Стандартная модель (СМ) хорошо описывает фундаментальные взаимодействия элементарных частиц, но некоторые астрофизические наблюдения указывают на то, что она не полностью объясняет физическую картину мира. В лабораторных условиях проверить, есть ли новая физика за пределами Стандартной модели, можно в прецизионных экспериментах по изучению свойств элементарных частиц. Для этого ученые и строят коллайдеры.

В ходе эксперимента на Большом адроном коллайдере коллектив LHCb регистрировал распад нейтральных В-мезонов на нейтральный K * - мезон и пару лептон-антилептон. Лептонная универсальность означает, что вероятности распадов в конечные состояния с разными поколениями лептонов равны. Однако ученые обнаружили, что на каждые три события с появлением электрон-позитронной пары в эксперименте наблюдается лишь около двух событий с парой мюон-антимюон, что противоречит СМ.

«В данном эксперименте есть намек на нарушение симметрии между лептонами разного типа. В СМ в таких процессах асимметрия возникать не должна. Возможно, есть Новая физика, новые частицы, которые взаимодействуют с лептонами разных поколений по-разному, что приводит к нарушению симметрии между типами лептонов. Я подчеркиваю, возможно. Мы должны осмыслить это явление, в том числе теоретически. СМ — это очень жесткая конструкция, дополнить ее, не нарушив самосогласованность, крайне сложно. Поэтому, если в ходе дополнительных измерений обнаружится, что асимметрия действительно существует, надо будет видоизменить СМ так, чтобы наблюдаемый эффект укладывался в единую картину», — отметил участник коллаборации LHCb Александр Бондарь.

Статистическая значимость отличия любых результатов измерений от ожидаемой величины зависит от погрешности измерений и характеризуется величиной, выраженной в числе, так называемых стандартных отклонений. В физике элементарных частиц надежно установленным различием между величинами считается разница более чем на 5 стандартных отклонений (сигм). Полученные на LHCb результаты пока не позволяют говорить об открытии нового явления, потому что отклонение измеренной величины от рассчетной составляет примерно 2,5 сигмы. Тем не менее в последнее время данные, полученные при изучении распадов В-мезонов в конечные состояния, содержащие лептонные пары, показывают систематические отклонения от ожиданий СМ. При изучении обсуждаемых событий в эксперименте LHCb для нормировки использовался результат, полученный несколько лет назад на коллайдере ИЯФ СО РАН ВЭПП-4М.

Возможной причиной нарушения симметрии между лептонами разного типа может быть существование новой частицы – так называемого Z’-бозона – тяжелой виртуальной частицы, не описываемой Стандартной моделью. Она может по-разному взаимодействовать с электроном и мюоном, тем самым увеличивая или, наоборот, уменьшая вероятность распада B-мезона в то или иное состояние. Другим возможным объяснением наблюдаемой картины может являться существование гипотетического скалярного лептокварка Δ — частицы, взаимодействующей как с кварками, так и с лептонами. Наконец, причиной может быть какое-то неизвестное пока проявление Новой физики. Полученный сегодня результат — это дополнительный стимул обратить пристальное внимание (как экспериментаторов, так и теоретиков) на эту область поиска.