Коллаборация ЦЕРНа NA62 представила первое экспериментальное наблюдение сверхредкого распада заряженного каона

Учёные обнаружили процесс распада частиц, который происходит менее одного раза на 10 миллиардов

Учёные из ЦЕРНа обнаружили чрезвычайно редкий процесс распада частиц, открывающий новый путь к исследованию 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 + ν?).

Это крайне редкое явление — Стандартная модель (СМ) физики элементарных частиц, объясняющая, как взаимодействуют частицы, предсказывает, что менее одного из 10 миллиардов каонов распадется таким образом. Эксперимент NA62 был разработан и проведён специально для измерения этого распада каонов.

Кристина Лаццерони, профессор физики элементарных частиц в Университете Бирмингема, сказала: «Благодаря этому измерению K + → π + ν? становится самым редким распадом, установленным на уровне открытия — знаменитым 5 сигм. Этот сложный анализ является результатом превосходной командной работы, и я чрезвычайно горжусь этим результатом».

Каоны производятся высокоинтенсивным протонным пучком, поставляемым суперпротонным синхротроном ЦЕРН (SPS), который сталкивается с неподвижной мишенью. Это создаёт пучок вторичных частиц с почти миллиардом частиц в секунду, летящих в детектор NA62, около 6% из которых являются заряженными каонами. Детектор идентифицирует и измеряет точно 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 кропотливой и кропотливой работы мы получили ошеломляющую награду за наши усилия и предоставили долгожданный результат».

Результат основан на сочетании 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 учёных из Бирмингемского университета, которую в настоящее время возглавляет профессор Евгений Гудзовски, присоединилась к эксперименту NA62 на этапе проектирования в 2007 году, сыграв ключевую 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 + ν? являются бывшими аспирантами Бирмингема. Для нас большая честь работать в такой энергичной и конструктивной команде и руководить ею».

Исследовательская группа изучает распад K + → π + ν?, поскольку он очень чувствителен к новой физике за пределами описания СМ. Это делает распад одним из самых интересных процессов для поиска доказательств новой физики.

Доля каонов, распадающихся на пион и два нейтрино, оценивается примерно в 13 на 100 миллиардов. Это соответствует предсказаниям СМ, 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 учёные надеются подтвердить или исключить наличие новой физики в этом распаде в течение следующих нескольких лет.