31 октября 2008 г.

Коллаборация CDF открыла нечто выдающееся

Сегодня в архиве е-принтов появилась статья коллаборации CDF, суть которой можно сформулировать так: обнаружено явление, которому экспериментаторы пока не могут найти объяснения.

Подробнее. Среди всех событий отбирались такие события, в которых рождалось несколько мюонов (плюс любые другие частицы). Мюоны могут рождаться в протон-антипротонных столкновениях разными способами. Например, может родиться Z-бозон и распасться на мюон-антимюонную пару. Однако т.к. Z-бозон живет очень мало, он не успевает далеко отлететь и распадает прямо на оси протонных пучков.

Есть впрочем и возможность рождения мюонов в распаде адронов, содержащих b-кварк. Такие адроных живут подольше, они уже могут слегка отлететь от места рождения -- на сотни микрон или даже на миллиметр-два. Тогда детектору будет казаться, что мюон родился не на самой оси, а чуть в стороне.

Детекторы элементарных частиц могут с высокой точностью восстанавливать траекторию рожденных частиц. И в частности, они могу проследить эту траекторию назад и узнать, как далеко она отстоит от оси столкновений (т.е. определить прицельный параметр).

Так вот, среди всей статистики многомюонных событий нашлось много (несколько тысяч) событий, в которых мюоны рождались на расстоянии в 1-2 сантиметра от оси столкновения. Т.е. даже снаружи вакуумной трубы. Причем распределение по прицельным параметрам мюонных траекторий было примерно экспоненциально спадающим -- словно действительно рождалась какая-то частица, отлетала и распадалась. Но никакие известные частицы такого далекого распределения дать не могут.

Дальше -- больше. Обнаружилось, что эти "аномальные" мюоны часто рождаются не поодиночке, а по нескольку. Т.е. получается нечто типа мюонной струи. Для Стандартной модели это вообще что-то странное.

Ну и наконец, последний штрих. Три недели тому назад в архие появилась статья, в которой была предложена новая модель темной материи (arXiv:0810.0714). И этой статье -- какое интересное совпадение -- были предсказаны такие лептонные струи.

Я постараюсь в ближайшие дни написать подробную новость на "Элементах", а пока дам ссылки на обсуждения в англоязычных блогах Discovery of a New Particle? и CDF publishes multi-muons!!!!


Подробности: Детектор CDF обнаружил явление, не поддающееся объяснению в рамках Стандартной модели.

9 комментариев:

  1. Анонимный31/10/08 19:27

    "Так вот, среди всей статистики многомюонных событий нашлось много (несколько тысяч) событий"

    А какое общее число событий? Я понимаю, что полученные данные статистически достоверны, и тем не менее интересно.

    "И этой статье -- какое интересное совпадение -- были предсказаны такие лептонные струи."

    Я правильно понимаю, что в этой статье и показано какие частицы могут порождать такую картину? Само собой эти частицы не входят в Стандартную модель, и тем не менее какие-нибудь предположения уже есть?

    С нетерпением жду подробной заметки на Элементах!

    ОтветитьУдалить
  2. Анонимный31/10/08 19:29

    И еще один вопрос пришел в голову. Почему раньше не наблюдалось подобных явлений? Не было экспериментов в этой области энергий?

    ОтветитьУдалить
  3. Статья - чистое описание наблюденного результата, никакого теоретизирования. Читайте у Дориго, если с английским дружите - он хорошо написал.

    ОтветитьУдалить
  4. > А какое общее число событий?

    Смотря откуда мерять (см. Fig.7 в статье). Если совсем всего, то несколько сотен тысяч. Но подавляющее большинство из них лежат близко (менее миллиметра) к оси столкновения. А вот если считать только те, которые отлетели минимум на полсантиметра, то там "нормальных" событий (т.е. понятно откуда берущихся событий) наберется около сотни, а аномальных -- за тысячу.

    > Я правильно понимаю, что в этой статье и показано какие частицы могут порождать такую картину?

    Нет. Вообще в физике элементарных частиц принято "разделение труда": гипотезы измышляют теоретики, а экспериментаторы просто честно рассказывают, что наблюдают. А поскольку а этой статье сигнал очень необычный, экспериментаторы постарались вообще избегать каких-то интерптетаций. Они даже не говорят, что обнаружили новую частицу -- они обсуждают аномальные свойства многомюонных событий.

    > Почему раньше не наблюдалось подобных явлений? Не было экспериментов в этой области энергий?

    Насчет энергии: Тэватрон на этой энергии уже несколько лет работает. Тут причины другие. Во-первых, как-то не обращали внимание на это. Обычно в ФЭЧ изучают распределение по энергии, импульсу и т.д., а тут заинтересовались прицельным параметром. Во-вторых, потому что светимость Тэватрона все растет и растет, т.е. накапливается все больше статистики. Да и потом, сам анализ уже давно шел, его только сейчас опубликовали. Ну и дальше он будет продолжаться.

    ОтветитьУдалить
  5. Анонимный1/11/08 04:09

    > А поскольку а этой статье сигнал очень необычный, экспериментаторы постарались вообще избегать каких-то интерптетаций.

    Нет, я имею в виду ту статью про темную материю, которая была опубликована три недели назад. Кстати, я прочитал ссылочки которые вы дали в конце заметки, там любопытная история получается с этой самой статьей. Как считаете, может это вылиться в скандал, если выяснится, что авторы были знакомы с данными CDF коллаборации еще до опубликования отчета?

    ОтветитьУдалить
  6. Я не думаю, что будет скандал. Формально, авторы теоретической статьи не сделали ничего плохого. Даже если они и знали о результатах, они же не ссылались на еще неопубликованные данные. Они честно строили свою модель, и ценность ее будет в конечном счете определяться ею самой, а не совпадение с данными. Они могли поторопиться со своей публикацией, если знали, что скоро грядет публикация CDF, но в этом я ничего зазорного не вижу.

    ОтветитьУдалить
  7. Анонимный2/11/08 03:05

    Чем мюоны более интересны чем электроны? Электроны не анализировали? По моим "чайниковым" представлениям вероятность рождения электронов ведь должна быть ожидаема того же порядка. Или не так?

    ОтветитьУдалить
  8. Анонимный2/11/08 09:21

    Из заметки не ясно, образуются ли только мюоны или антимюоны тоже. Возможно ли, что они появляются из гамма-кванта/тов, образующихся при распаде пиона-0? Вдруг энергия кванта оказалась как раз подходящей?

    kerk

    ОтветитьУдалить
  9. to PavelS: Электроны тоже наверняка анализируют, но подробностей не сообщается. Насчет вероятности -- не факт. Это зависит от того, что за взаимодействие порождает эти мюоны.

    to kerk: да, там были и мюоны, и антимюоны. На сленге физиков они все называются мюонами (разного знака).

    Гамма-кванты (не обязательно от распада пионов) теоретически могли бы породить мюоны (и другие частицы) при столкновении с атомами детектора. В этом случае вероятность вылета мюонов должна повышаться в тех слоях детектора, где есть много вещества, и быть низкой там, где вещества мало. Это не наблюдается. Ну и потом, теоретическое понимание этих процессов достаточно для того, чтобы посчитать, что этот процесс слишком слабый, он не может объяснить всю статистику аномальных событий (а тем бое их свойства).

    ОтветитьУдалить