Эксперимент LHCb сообщил о первом наблюдении нарушения зависящей от времени CP-инвариантности в распадах
странных B-мезонов на
заряженные каоны. Такой результат дополняет полученные ранее экспериментальные данные
о CP-нарушениях в физике элементарных частиц,
а в будущем он потенциально может объяснить дисбаланс между материей и
антиматерией во вселенной. Доклад LHCb опубликован на
сайте эксперимента, коротко об открытии сообщает
ЦЕРН.

Нарушение CP-инвариантности
в физике элементарных частиц – это явление неинвариантности законов физики относительно операции зеркального отражения пространства с одновременной
заменой всех частиц на античастицы. Впервые экспериментально такой эффект обнаружили
в распадах каонов в 1964 году (за что Джеймс Кронин и Вэл Фитч удостоились
нобелевской премии по физике за 1980 год), а в дальнейшем отклонения от CP-симметрии стали находить все в
большем числе явлений на ускорителях.

Подобные открытия привлекают особое внимание физиков, ведь существенное
нарушение CP-инвариантности
в физическом описании нашего мира позволило бы объяснить наблюдаемую асимметрию
между количеством материи и антиматерии во вселенной. При этом в Стандартной модели
есть только два источника потенциального CP-нарушения: в квантовой хромодинамике, где оно до сих пор не
наблюдается экспериментально, и в слабых взаимодействиях. Второй подход к описанию отклонения мира от CP-симметричности хоть и подтверждается
в экспериментах, но слишком мал по величине прогнозируемого эффекта. Поэтому для
научного сообщества важно обнаружить и объяснить другие проявления нарушения CP-инвариантности чтобы
понять, почему наш мир состоит лишь из материи, и куда пропала вся антиматерия.

Теперь еще одно CP-нарушение обнаружили в данных работы эксперимента LHCb на
Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе за 2015-2016 годы. Участники эксперимента сообщили о первом обнаружении нарушения зависимой от времени CP-инвариантности в распадах странного B-мезона на два каона
противоположных зарядов. Сам мезон непрерывно осциллирует между двумя своими
состояниями – частицы и античастицы. Зависимость CP- нарушения от времени в таком
контексте означает, что асимметрия между числом странных B-мезонов и их античастиц не просто
существует, но и меняется в течение жизни мезона. Сами осцилляции происходят с
частотой 3 × 10¹² герц (3 миллиона миллионов раз в секунду), однако
высокое временное разрешение детектора в эксперименте LHCb позволило физикам
найти отклонения от Стандартной модели даже в столь быстрых процессах.

Кроме осцилляций странного B-мезона физики изучили аналогичный
эффект для нейтрального B-мезона,
также обнаружив нарушения зависимой от времени CP-инвариантности. Такие же наблюдения уже
проводились коллаборациями Belle и BABAR
в 2001 году, однако теперь физики на LHCb провели собственные измерения. Ранее
в 2013 году LHCb продемонстрировал нарушение интегрированной по времени CP-инвариантности для
странного B-мезона, а
для нейтрального B-мезона
подобные измерения также провели коллаборации Belle и BABAR в 2004 году. Тогда проявления CP-нарушения искали не в
зависимости от времени, а по суммарным сечениям образования мезонов и антимезонов,
а теперь LHCb повторил эти измерения и в очередной раз продемонстрировал асимметрию
между образующимися в коллайдере количествами материи и антиматерии. 

Статистическая точность нынешнего первого обнаружения
нарушения зависимой от времени CP-инвариантности
странного B-мезона на LHCb составила
6,7 σ. Теперь физикам
предстоит сравнить полученные
данные с прошлыми экспериментальными наблюдениям и предсказаниями Стандартной
модели. Только после этих сравнений можно будет судить о том, смогут ли новые
результаты помочь физикам объяснить дисбаланс между материей и антиматерией во
вселенной.

Эксперимент LHCb
в принципе плодотворен в поисках СP-нарушений: буквально в прошлом году на LHCb впервые обнаружили
нарушения CP-инвариантности
в распадах D⁰-мезона.
А о других последних результатах работы Большого адронного коллайдера мы сообщаем
в теме «Второй сезон Коллайдера».
 

Никита Козырев