Rzadkie rozpady zaobserwowane w LHC
Rozpad neutralnego mezonu Bs na dwa miony jest zabroniony na poziomie elementarnym. Uzyskanie takiego rozpadu jest mimo to możliwe poprzez przemiany wyższego rzędu. Współczynnik rozgałęzienia dla rozpadu Bs -> mu+ mu- jest jednak bardzo mały w porównaniu z innymi przekształceniami. Pierwsze dowody na rozpad Bs -> mu+ mu- znaleziono w danych z eksperymentów prowadzonych w detektorze LHCb (LHC Beauty). Podobne wyniki uzyskano na danych pochodzących z detektora CMS (Compact Muon Solenoid). Żadne z tych rezultatów nie są wystarczające, by samodzielnie potwierdzić pierwszą definitywną obserwację rozpadu Bs na dwa miony. Oba zbiory danych zostały przeanalizowane przez zespół naukowców pracujących w ramach projektu PENGUIN (Search for new physics in electroweak penguin transitions at LHCb), realizowanego pod auspicjami programu Marie Curie. Celem prac było wykorzystanie możliwości statystycznych połączonych obu zbiorów danych i uwzględnienie korelacji między nimi. W 1977 r., pisząc artykuł na temat teorii wielkiej unifikacji, przewidujących masę kwarku b, zanim został on zaobserwowany, Mary K. Gaillard, Mike Chanowitz i John Ellis nazwali diagramy Feynmana "diagramami pingwinimi". Określenie to wzięło się z tego, że słynne diagramy, przedstawiające także między innymi rozpad Bs -> mu+ mu-, przypominają kształtem pingwina. Naukowcy z CMS i LHCb przeprowadzili wspólnie analizę zebranych w latach 2011 i 2012 danych dotyczących zderzeń protonów przy energii w układzie środka masy wynoszącej 7 i 8 teraelektronowoltów. Uczeni zgromadzili dowody na rozpad Bs -> mu+ mu- o poziomie istotności wynoszącym trzy odchylenia standardowe. Oba zbiory danych połączono, dopasowując wspólną wartość dla każdego współczynnika rozgałęzienia do danych pochodzących z obu eksperymentów. Współczynniki rozgałęzienia określono na podstawie zaobserwowanych liczb mezonów Bs, rozpadających się na dwa miony, oraz łącznej sumy wytworzonych mezonów Bs. Połączenie danych z CMS i LHCb pozwoliło na wykorzystanie większego zbioru danych i zwiększenie precyzji, a jednocześnie na uwzględnienie korelacji. W ten sposób uczeni jednoznacznie potwierdzili istnienie rozpadu Bs -> mu+ mu- i uzyskali najlepsze dotychczas pomiary współczynników rozgałęzienia. Informacje o tych ważnych badaniach zostały opublikowane w czasopiśmie Nature.
Słowa kluczowe
Rzadkie rozpady, LHC, model standardowy, mezon Bs, miony, LHCb, PENGUIN
