» » Загадочное отклонение, обнаруженное CMS в статистике Run 1, не подтвердилось в данных 2016 года

Загадочное отклонение, обнаруженное CMS в статистике Run 1, не подтвердилось в данных 2016 года


Загадочное отклонение, обнаруженное CMS в статистике Run 1, не подтвердилось в данных 2016 года

Загадочное отклонение, обнаруженное CMS в статистике Run 1, не подтвердилось в данных 2016 года

Рис. 1. Распределение отобранных событий по инвариантной массе мюонной пары в сигнальной области 1 (слева) и 2 (справа). Черные точки с погрешностями — данные детектора CMS в сеансе Run 1, цветные гистограммы — вклады фоновых процессов. Изображение из обсуждаемой статьи


Выполняя рутинный поиск эффектов Новой физики в канале рождения мюонных пар и b-струй, коллаборация CMS обнаружила в данных Run 1 неожиданно сильное отклонение от фона при инвариантной массе мюонной пары 28 ГэВ. Это могло бы стать громким открытием, если бы сеанс Run 2 подтвердил отклонение, но в данных 2016 года подобного отклонения не видно. В отсутствие понимания, как сопоставить эти два набора данных, коллаборация CMS пока воздерживается от вынесения вердикта.

Строя модели Новой физики, теоретики обычно дополняют Стандартную модель новыми тяжелыми частицами с массами порядка ТэВ и выше. Когда экспериментаторы проверяют предсказания таких моделей по данным LHC, они измеряют сечение рождения двух или более частиц (двух фотонов, двух лептонов или двух адронных струй) для разных инвариантных масс и ищут аномальные всплески на плавном фоне Стандартной модели. В 2013–2015 годах, когда шла интенсивная обработка данных сеанса Run 1, такие всплески действительно порой возникали (мы за ними следили на странице Загадки коллайдера). Затем, под натиском данных Run 2 при более высокой энергии столкновений 13 ТэВ, все эти отклонения, одно за другим, исчезли.

Однако Новая физика может проявляться и иначе, в виде относительно легких частиц, которые вполне доступны коллайдеру по энергии, но по каким-то причинам остаются незамеченными. Например, они могут очень редко рождаться на LHC из-за слабости своего взаимодействия с обычной материей. Либо они предпочитают распадаться в такие наборы частиц, в которых очень велик фон Стандартной модели. Поэтому каждый раз, когда экспериментаторы накапливают большой объем новых данных, они ищут в них не только тяжелые, но и умеренно легкие частицы, с массами в несколько десятков ГэВ.

На днях коллаборация CMS в своей статье Search for resonances in the mass spectrum of muon pairs produced in association with b quark jets in proton-proton collisions at sqrt(s)=8 and 13 TeV (arXiv:1808.01890) обнародовала результаты поиска новых частиц с массами от 12 до 70 ГэВ в данных Run 1 и первого этапа Run 2, который ограничивался 2016 годом (интегральная светимость 36 fb–1). В этой работе изучалось рождение b-кварк-антикварковой пары и мюон-антимюонной пары с достаточно большими поперечными импульсами. Мюоны хорошо регистрируются напрямую, а b-кварки определяются опосредованно, по наличию как минимум одной b-струи (адронной струи, содержащей прелестный адрон). Критерии отбора событий учитывали импульсы всех частиц. Мюоны должны были нести поперечный импульс как минимум 25 ГэВ, их инвариантная масса должна была превышать 12 ГэВ, чтобы отсечь события с рождением и распадом на мюоны тяжелых адронов. Струи тоже должны обладать существенным поперечным импульсом, не менее 30 ГэВ. При этом b-струя должна была попадать в центральную часть детектора, а вторая адронная струя либо вылетала в направлении, прижатом к оси столкновений (сигнальная область 1), либо тоже регистрировалась в центральной части детектора (сигнальная область 2). Все эти критерии были выбраны для поиска событий с рождением b-анти-b-пары, которая тут же излучает гипотетический легкий бозон A, распадающийся на мюоны. Подобные частицы есть во многих моделях Новой физики, включая многохиггсовские модели или теории с новыми взаимодействиями и умеренно тяжелыми частицами-переносчиками.

Та же коллаборация CMS уже искала подобные события в данных Run 1 (см. прошлогоднюю статью Search for a light pseudoscalar Higgs boson produced in association with bottom quarks in pp collisions at sqrt(s) = 8 TeV (arXiv:1707.07283), но ничего бросающегося в глаза тогда не нашла. В распределении по инвариантной массе мюонов muu наблюдались одиночные всплески, но из-за большого остаточного фона они не вызывали подозрений. Сейчас алгоритм отбора событий был усовершенствован, фон от Стандартной модели был существенно подавлен — и в данных вдруг показались детали, которые раньше были не видны.

На рис. 1 приведено распределение по muu в двух сигнальных областях. Практически везде данные неплохо согласуются с фоном Стандартной модели (цветные гистограммы). Однако в районе 25–30 ГэВ на обоих графиках есть четко заметное отличие, которое затрагивает не одну точку, а небольшой интервал значений. Локальная статистическая значимость отличия в первой области составляет 4,2?, и даже после поправки на множественность выборки она остается на солидном уровне 3?. Во второй области локальная значимость отклонения скромнее и достигает всего лишь 2,9?. Однако тот факт, что оно попадает ровно на ту же область масс, подчеркивает необычность отклонения.

Это сообщение могло бы стать громким заявлением, способным вызвать поток теоретических работ, если бы данные Run 2 подтвердили отклонение. Но увы, в статистике 2016 года (нижняя пара графиков на рис. 2) глазу вообще не за что зацепиться. Если в сигнальной области 1 в этом месте еще худо-бедно проступает какой-то намек на всплеск, то в области 2 там красуется нехватка событий, а вовсе не превышение.


Загадочное отклонение, обнаруженное CMS в статистике Run 1, не подтвердилось в данных 2016 года

Загадочное отклонение, обнаруженное CMS в статистике Run 1, не подтвердилось в данных 2016 года

Рис. 2. То же распределение, что на рис. 1, для данных Run 1 (верхний ряд) и данных Run 2 за 2016 год (нижний ряд). Пунктиром показан результат фитирования (см. Fitness approximation) данных одним лишь фоном, сплошной кривой — наилучшее приближение с учетом резонанса. Изображение из обсуждаемой статьи


Закрывают ли данные 2016 года всплеск сеанса Run 1? Коллаборация CMS в своей статье придерживается очень осторожных формулировок. С одной стороны, авторы многократно перепроверили все известные источники систематических погрешностей и не могут списать всплеск ни на один из них. Может ли он быть вызван каким-то экзотическим физическим процессом, который ослабевает с ростом энергии протонных столкновений? Авторы замечают, что сигнал Run 1 точно не может быть дополнительным бозоном Хиггса, который предсказывается простыми многохиггсовскими моделями, поскольку тогда он проявился был намного сильнее в других каналах распада. Но если непонятно, что могло породить всплеск в сеансе Run 1, то тогда следует пока воздержаться от прямого сравнения двух наборов данных при энергиях 8 и 13 ТэВ. Коллаборация ограничивается лишь общим замечанием, что нужны новые данные и свежий взгляд теоретиков на эту ситуацию. До тех пор, пока сообщество не пришло к консенсусу, ситуация остается подвешенной.

Дополнение. В комментариях к этой новости непосредственные авторы анализа еще раз подчеркивают, что в нынешней ситуации, без детального понимания того, какой процесс мог вызвать обнаруженный при 8 ТэВ сигнал, нельзя пока сделать однозначный вывод, подтверждает сеанс при 13 ТэВ данные Run 1 или нет. Можно лишь утверждать, что новые данные не закрыли сигнал. К тому же, условия столкновений при 13 ТэВ отличаются от сеанса Run 1, а алгоритм отбора не был оптимизирован с учетом этих изменений. Поэтому авторы призывают запастись терпением и дождаться обновления данных CMS, аналогичный результат от ATLAS, и послушать, что могут предложить теоретики.

Игорь Иванов


22 июль 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Процесс рождения ttH окончательно открыт, но уже не вызывает энтузиазма теоретиков

После нескольких лет поисков коллаборации ATLAS и CMS наконец сообщили о надежном открытии процесса рождения хиггсовского бозона в сопровождении топ-кварк-антикварковой пары. Интенсивность рождения в

ICHEP 2018: спиновые корреляции при рождении топ-кварков существенно расходятся с теорией

Большой адронный коллайдер, похоже, наткнулся еще на одну аномалию. Коллаборация ATLAS, изучив процесс рождения топ-кварка и антикварка и измерив корреляцию между их спинами, получила странный

Эксперимент NOvA получил первые — и неожиданные — результаты с пучком антинейтрино

В начале июня в Гейдельберге прошла крупнейшая конференция в области нейтринной физики. На ней были представлены важные результаты многих нейтринных экспериментов. Одним из главных событий стал

Как бороться с клопами

Появление клопов в жилых или рабочих помещениях – явление больше чем неприятное. И если они появились – то в первую очередь, нужно выяснить их причины.

Область применения осциллографов

Профессиональные ремонтники и простые любители обожающие ремонтировать различную технику не смогут обойтись без полезного и распространенного в данной сфере устройства как цифровой осциллограф.

Быть в курсе всех событий очень просто

Современный мир наполнен огромным количеством самых разных событий.
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Нейрохимическая гипотеза происхождения человекаЗемляне наблюдали частичное лунное затмениеТемная материя пока никого не убила – и это дает нам информацию о ее природеОгромный астероид едва не столкнулся с ЗемлейПлохие соседи портят кровьМогут ли растения слышать шум воды?Впервые получены структуры контактной и сольватноразделённой ионных пар силенил-литиевого соединенияПаразиты птерозавров оказались заядлыми ныряльщиками