Ученые коллаборации LHCb, работающей на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, впервые зафиксировали крайне редкий процесс — распад бариона сигма-плюс (Σ⁺) на протон и две мюонные частицы с противоположным зарядом. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL). 
Барионы — это частицы, состоящие из трех кварков, соединенных сильным взаимодействием. Они формируют знакомое вещество во Вселенной, поэтому их необычные превращения могут указывать на существование физики за пределами Стандартной модели.
Интерес к этому процессу возник еще в 2005 году после эксперимента HyperCP в Фермилабе (США), где физики зафиксировали всего три случая распада Σ⁺ с образованием протона и пары мюонов. Необычным оказалось то, что все три наблюдаемых случая указывали на одинаковую массу мюонной пары — что намекало на возможное существование неизвестной промежуточной частицы.
«Мы анализировали данные, собранные в 2016—2018 годах при протон-протонных столкновениях. За это время в эксперименте родилось около ста триллионов Σ⁻барионов, среди которых мы искали следы редкого распада», — рассказал Габриэле Мартелли из Национального института ядерной физики в Перудже.
Отличительной чертой Σ⁺ является сравнительно большая «длина жизни»: частица может распадаться на десятки сантиметров дальше от точки столкновения. Это облегчает поиск, но одновременно создает помехи — случайные комбинации частиц, способные имитировать искомый сигнал. Для их фильтрации физики применили алгоритмы машинного обучения.
В результате удалось зафиксировать сотни распадов Σ⁺ — и это самый редкий распад бариона, который наблюдали до сих пор.
«Теперь мы можем сравнить вероятность и свойства этого процесса с предсказаниями Стандартной модели, — пояснил профессор Франческо Деттори из Университета Кальяри. — Исторически именно редкие распады помогали открывать новые частицы задолго до того, как ускорители смогли создать их напрямую».
Следующий шаг коллаборации — исследование различий в распадах материи и антиматерии (CP-нарушение). Это может дать ключ к пониманию того, почему во Вселенной наблюдается асимметрия: вещества значительно больше, чем антивещества.
Фото: hi-tech.mail.ru