Стандартная модель — основная теория, описывающая элементарные частицы и четыре фундаментальные силы (гравитация, электромагнетизм, слабое и сильное взаимодействие). Несмотря на успехи множества экспериментов, она не объясняет гравитацию и тёмную материю, а потому поиск «трещин» в модели — одна из главных задач физики высоких энергий.

На Большом адронном коллайдере (LHC) в ЦЕРНе протоны сталкиваются с огромной энергией, чтобы выявить отклонения от предсказаний теории. Эксперимент LHCb анализирует продукты этих столкновений, в частности распады B-мезонов — частиц, содержащих (b) кварк. В новом исследовании изучался редкий распад B0 → K*0μ+μ–, распад, чувствительный к влиянию гипотетических тяжёлых частиц.

Фото: CERN

Из 650 миллиардов распадов B-мезонов, зарегистрированных с 2011 по 2018 годы, были выделены события этого типа. Оказалось, что углы и энергии продуктов распада, а также частота процесса, заметно расходятся с предсказаниями Стандартной модели. Статистическая значимость отклонения — четыре стандартных отклонения (один шанс из 16 000, если теория верна), что пока что не дотягивает до «золотого стандарта» открытия (пять сигм), но уже считается серьёзным намёком на новую физику.

Результаты подтверждаются менее точными, но согласующимися данными независимого эксперимента CMS. Такие аномалии могут быть признаком существования новых частиц — например, лептокварков, объединяющих свойства лептонов и кварков, или тяжёлых аналогов известных частиц.

Однако теоретические вопросы пока что не позволяют однозначно утверждать, что обнаружена физика за пределами Стандартной модели. В частности, остаётся неопределённость, связанная с процессами, которые сложно точно рассчитать, но, по последним оценкам, их вклад недостаточен для объяснения наблюдаемой аномалии.

В ближайшие годы ожидается анализ новых данных: с 2018 года LHCb уже накопил втрое больше событий, а к 2030-м объём данных увеличится ещё в 15 раз. Это позволит либо подтвердить открытие, либо уточнить границы применимости Стандартной модели.