Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain
Ученые из ЦЕРНа обнаружили процесс распада ультраредкой частицы, открыв новый путь к поиску физики за пределами нашего понимания того, как взаимодействуют строительные блоки материи.
Коллаборация NA62 представила на семинаре CERN EP первое экспериментальное наблюдение сверхредкого распада заряженного каона на заряженный пион и пару нейтрино-антинейтрино (K+ → π+νṽ).
Это сверхредкое явление — Стандартная модель (СМ) физики элементарных частиц, которая объясняет, как взаимодействуют частицы, предсказывает, что менее одного из 10 миллиардов каонов распадутся таким образом. Эксперимент NA62 был разработан и построен специально для измерения этого распада каона.
Кристина Лаццерони, профессор физики элементарных частиц в Университете Бирмингема, сказала: «Благодаря этому измерению K+ → π+νṽ становится самым редким распадом, установленным на уровне открытия — знаменитым 5 сигм. Этот сложный анализ является результатом превосходной командной работы, и я чрезвычайно горжусь этим новым результатом».
Каоны производятся высокоинтенсивным протонным пучком, поставляемым суперпротонным синхротроном ЦЕРН (SPS), который сталкивается с неподвижной мишенью. Это создает пучок вторичных частиц с почти миллиардом частиц в секунду, летящих в детектор NA62, около 6% из которых являются заряженными каонами. Детектор идентифицирует и точно измеряет каждый каон и продукты его распада, за исключением нейтрино, которые проявляются как недостающая энергия.
Профессор Джузеппе Руджеро из Флорентийского университета добавил: «Это кульминация долгого проекта, начатого более десяти лет назад. Поиск эффектов в природе, вероятность которых составляет порядка 10-11, — увлекательное и сложное занятие. После тщательной и кропотливой работы мы получили ошеломляющую награду за наши усилия и предоставили долгожданный результат».
Новый результат основан на объединении данных, полученных в ходе эксперимента NA62 в 2021–2022 годах, и ранее опубликованного результата, основанного на наборе данных за 2016–2018 годы. Набор данных за 2021–2022 годы был собран после ряда обновлений установки NA62, что позволило работать при интенсивности пучка на 30 % выше с несколькими новыми и улучшенными детекторами.
Модернизация оборудования в сочетании с усовершенствованными методами анализа позволила собирать потенциальные сигналы на 50% быстрее, чем раньше, а также добавила новые инструменты для подавления фоновых сигналов.
Группа ученых из Бирмингемского университета, в настоящее время возглавляемая профессором Евгением Гудзовским, присоединилась к эксперименту NA62 на этапе проектирования в 2007 году, сыграв центральную роль в сотрудничестве.
Профессор Гудзовски прокомментировал: «Привлечение лучших талантов и предложение ответственных должностей начинающим исследователям всегда было приоритетом для группы. Мы гордимся тем, что и нынешний координатор по физике NA62, и нынешний организатор измерения K+ → π+νṽ являются бывшими аспирантами Бирмингема. Для нас большая честь работать в такой энергичной и конструктивной команде и руководить ею».
Исследовательская группа изучает распад K+ → π+νṽ, поскольку он очень чувствителен к новой физике за пределами описания СМ. Это делает распад одним из самых интересных процессов для поиска доказательств новой физики.
Измерено, что доля каонов, распадающихся на пион и два нейтрино, составляет около 13 на 100 миллиардов. Это соответствует прогнозам SM, но примерно на 50% выше.
Это может быть связано с новыми частицами, которые увеличивают вероятность этого распада, но для подтверждения этой идеи необходимо больше данных. Эксперимент NA62 в настоящее время собирает данные, и ученые надеются подтвердить или исключить наличие новой физики в этом распаде в течение следующих нескольких лет.
Дополнительная информация: Семинары CERN: indico.cern.ch/event/1447422/
Предоставлено Университетом Бирмингема
