Международная группа исследователей, работающая с экспериментом LHCb на Большом адронном коллайдере, получила новые свидетельства крайне редкого процесса — распада частицы Bd на пару мюонов. Согласно теоретическим расчетам, такое событие происходит лишь один раз на 10 миллиардов распадов частиц, содержащих прелестный кварк. Данные, собранные в 2024–2025 годах, показали значимость сигнала в 3,0 стандартного отклонения, а при объединении с результатами предыдущих лет этот показатель вырос до 3,2. Это соответствует уровню свидетельства, но для полноценного открытия ученым требуется достичь пяти стандартных отклонений.
Особый интерес к этому распаду связан с тем, что на его частоту могут влиять гипотетические частицы, которые невозможно напрямую создать в коллайдере из-за их слишком большой массы. Квантовые эффекты способны оставлять след в частоте подобных редких процессов, поэтому точные измерения позволяют сузить круг возможных вариантов физики за пределами Стандартной модели — основной теории, описывающей элементарные частицы и их взаимодействия. Распад Bd → μ+μ- считается одним из «золотых каналов» поиска новой физики, поскольку наиболее редкие процессы обычно наиболее чувствительны к влиянию неизвестных частиц.
В ходе процесса прелестный кварк и антикварк с противоположным электрическим зарядом аннигилируют, а их энергия превращается в мюон и антимюон. Мюоны похожи на электроны, но значительно тяжелее. Ранее ученые уже подтвердили аналогичный распад частицы Bs, который происходит примерно три раза на миллиард распадов, тогда как процесс с Bd встречается примерно в 30 раз реже. В 2015 году совместный анализ данных LHCb и CMS впервые зафиксировал предварительные признаки этого распада, однако последующие исследования, основанные на данных до 2018 года, не подтвердили их.
Обновление эксперимента LHCb позволило с 2024 года собирать данные в пять раз быстрее, чем в предыдущий период, а улучшенная система стала точнее различать типы частиц. Для выделения редкого сигнала на фоне многочисленных фоновых событий исследователи применили методы машинного обучения. Как отметил Марко Сантиамария, один из руководителей международной группы из 19 ученых, физики более сорока лет искали этот распад, и для его обнаружения требуется чрезвычайная точность. Результаты работы опубликованы на сайте ScienceDaily.