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. Борис31/10/08 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. Борис31/10/08 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. Борис1/11/08 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. 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