Причина? Стандартная модель физики предсказывает такую вероятность один из десяти миллиардов с погрешностью менее десяти процентов. Отклонение от этого предсказания, выявленное при точном измерении распада, может быть четким индикатором физики за пределами Стандартной модели.На семинаре, проходящем сегодня (вторник, 27 марта 2018 г.) в ЦЕРН, коллаборация NA62 сообщает о предполагаемом событии этого ультра-редкого распада каона, обнаруженном с использованием нового подхода «распад в полете».
Результат также был представлен ранее в этом месяце на конференции Rencontres de Moriond в Италии.Хотя это единичное событие нельзя использовать для исследования физики, выходящей за рамки стандартной модели, оно демонстрирует, что подход работает хорошо и может быть применен для обнаружения большего количества событий в следующем цикле сбора данных, который начнется в середине апреля.Профессор Кристина Лаззерони из школы физики и астрономии Бирмингемского университета сказала: «Мы рады, что сыграли ведущую роль в эксперименте NA62. Сегодня мы показали, что действительно можем измерить ультра-редкий распад K + в pi + nu nu.
Это произошло после многих лет работы над детектором и анализом данных. Ученые здесь, в Бирмингеме, спроектировали и построили детектор и систему считывания, которая идентифицирует частицы каонов в луче, который в основном образован пионами, содержащими только 6% каонов; поэтому этот детектор является важным элементом эксперимента и имеет лучшее временное разрешение из всех компонентов; мы очень гордимся тем, что он работает блестяще и позволил провести это измерение. Благодаря дополнительным данным, которые у нас есть и которые мы будем собирать, мы сможем установить, согласуется ли этот конкретный распад с очень четким предсказанием Стандартной модели, и, таким образом, мы сможем обнаружить или ограничить новые физические сценарии ».
Что такое эксперимент NA62?Эксперимент NA62 — это эксперимент по физике элементарных частиц в ЦЕРНе с использованием пучка протонов 400 ГэВ от ускорителя SPS (Super Proton Synchrotron).
Сбор данных в эксперименте начался в 2016 году. Основная цель эксперимента NA62 — изучить редкие распады каонов и выявить возможные физические эффекты, выходящие за рамки Стандартной модели, которые проявляются во взаимодействиях на коротких расстояниях с участием кварков.
В частности, NA62 будет измерять скорость, с которой заряженный каон распадается на заряженный пион и пару нейтрино-антинейтрино. Этот процесс является одним из самых редких среди распадов мезонов, с вероятностью примерно 1 на 10 000 000 000, и он очень хорошо предсказывается Стандартной моделью.Несколько моделей новой физики дают разные предсказания этого распада.
Если измерение скорости отклоняется от прогноза Стандартной модели, это укажет на новое явление для физики, выходящее за рамки Стандартной модели. Если окажется, что она соответствует Стандартной модели, это станет еще одним свидетельством ее точности и может быть использовано для наложения строгих ограничений на модели новой физики.
Как вы это делаете?Во-первых, вам нужно сделать луч, содержащий каоны. Столкновение протонов высоких энергий из суперпротонного синхротрона (SPS) с неподвижной бериллиевой мишенью создает пучок вторичных частиц, который содержит и распространяется почти один миллиард частиц в секунду, около 6% из которых являются каонами.Перед тем, как попасть в большой вакуумный резервуар, каждая частица в пучке получает импульс, измеряемый кремниевым пиксельным детектором.
Детектор под названием KTAG (kaon tagger) определяет типы частиц в пучке по их черенковскому излучению и определяет, какие из них являются каонами.Дополнительные детекторы внутри резервуара ищут частицы распада: магнитный спектрометр измеряет импульс заряженных следов от распада каонов, черенковский детектор с кольцевым изображением (RICH) сообщает команде природу распадающихся частиц, а электромагнитные и адронные калориметры измеряют их энергию. Большая система детекторов фотонов, мюонов и заряженных частиц предотвращает нежелательные распады.
Пытаясь измерить очень редкие процессы, подобные этому, которые, согласно прогнозам, будут происходить только один раз на каждые 10 000–100 000 миллионов событий, команда должна быть очень осторожна, чтобы не применять критерии отбора, которые могут повлиять на результат. По этой причине принято выполнять «слепой анализ», когда физики сначала смотрят только на фон, чтобы проверить правильность своего понимания различных источников.
Только когда они удовлетворены этим, они смотрят на область данных, где ожидается сигнал («открытие слепого ящика»).В чем было участие Великобритании?Бирмингемский университет сыграл ведущую роль в создании детектора для NA62, построил систему считывания для KTAG (детектор меток каонов, который идентифицирует каоны в линии луча), спроектировал и реализовал высокоуровневую (автономную) систему запуска эксперимента. , и часть (онлайн) триггера L0, разработала и внедрила систему управления экспериментом (Run Control) и внесла решающий вклад в пусконаладку и эксплуатацию эксперимента, в системы калибровки и обеспечения качества данных.
Великобритания также внесла свой вклад в другие аспекты конструкции детектора и в моделирование методом Монте-Карло.Великобритания также играет ведущую роль в анализе данных и получении результатов по физике, и до сих пор физики Бирмингема руководили всеми публикациями NA62. Британские физики занимают руководящие должности в области анализа данных, в том числе координатора по физике (Джузеппе Руджеро, Университет Ланкастера) и координатора Рабочей группы по вкусу лептона (Евгений Гудзовски, Университет Бирмингема).
Что будет дальше с NA62?Команда продолжит собирать больше данных и уточнять методику анализа с использованием данных за 2017 и 2018 годы.
Эта оптимизация позволит группе увеличить количество сигнальных событий и достичь чувствительности, необходимой, чтобы показать, в какой степени этот процесс согласуется с прогнозом Стандартной модели.