Специалисты Европейской организации по ядерным исследованиям зарегистрировали и убедительно зафиксировали крайне редкий процесс распада элементарных частиц. Заряженный каон преобразовался в заряженный пион и пару частиц, состоящих из нейтрино и антинейтрино. Полученные данные предоставляют дополнительную возможность для поиска явлений, не описываемых Стандартной моделью физики элементарных частиц.
Для создания каонов ученые используют интенсивный пучок протонов, направленный на неподвижную мишень. В результате столкновения образуется поток вторичных частиц, достигающий почти миллиарда единиц в секунду и попадающих в детектор NA62. Около шести процентов этих частиц представляют собой заряженные каоны. Детектор позволяет точно идентифицировать и измерять каждый каон и продукты его распада, за исключением нейтрино.
Коллаборация NA62 представила доклад о первой экспериментальной фиксации распада каона на заряженный пион и пару «нейтрино — антинейтрино» (K +→ π+ν̅ν) на семинаре CERN EP. Этот процесс чрезвычайно редок: согласно Стандартной модели физики частиц, подобным образом распадается менее одного из десяти миллиардов каонов. Эксперимент NA62 специально разработан и построен для измерения этого распада.
«Представленное измерение K+→ π+ν̅ν становится самым редким распадом, в наблюдении которого мы точно уверены. Проведенный сложный анализ большого объема данных — результат отличной командной работы, и я очень горжусь этим результатом», — отметила Кристина Лаццерони ( Cristina Lazzeroni), профессор физики элементарных частиц в Университете Бирмингема, Англия).
В экспериментах доля распадов каонов на пион и два нейтрино составила приблизительно 13 на 100 миллиардов. Этот показатель в целом согласуется с предсказаниями Стандартной модели физики частиц, однако превышает их на 50 процентов. Возможной причиной такого распада может являться влияние еще не известных частиц, но для подтверждения этой гипотезы требуется дополнительная информация.
«Это завершающий этап масштабного проекта, который был запущен свыше десяти лет назад. Поиск природных явлений, вероятность которых составляет около 10 -11, — выполнение этой задачи оказалось увлекательным и многогранным. Благодаря нашим стараниям, мы удостоены высокой награды и готовы представить результат, на который все с нетерпением ждали», — заявил профессор Джузеппе Руджеро ( Giuseppe Ruggiero) из Университета Флоренции (Италия).
Основываясь на комбинации данных, собранных в ходе эксперимента, были получены представленные результаты NA62 в 2021-2022 годах, и ранее опубликованном результате на данных 2016-2018 годы. Данные 2021-2022 годов собраны после серии модернизаций установки NA62. Исследователи внедрили ряд новых и модернизировали существующие детекторы, а также модифицировали весь эксперимент для работы с на 30 процентов более интенсивным пучком протонов.
Группа ученых из Университета Бирмингема, возглавляемая профессором Евгением Гудзовским ( Evgueni Goudzovski), присоединилась к эксперименту NA62 на этапе проектирования в 2007 году. Обновления оборудования и усовершенствование методик анализа позволили собирать данные о распадах-кандидатах на 50 процентов быстрее благодаря новым инструментам для подавления фона.
«Для нашей исследовательской группы всегда было приоритетом привлечение высококвалифицированных специалистов и предоставление им возможностей для роста на ответственных должностях. Мы гордимся тем, что координатором проекта в области физики NA62 и руководитель измерений K+→ π+ν̅ν — бывшие аспиранты Бирмингема. Это привилегия работать и руководить такой энергичной и конструктивной командой», — прокомментировал профессор Гудзовский.
Распад K+→ π+ν̅ν важен для исследователей, потому что он очень чувствителен к эффектам, которые могут указывать на физику за пределами Стандартной модели. Сейчас NA62 продолжает сбор данных, и ученые надеются подтвердить или опровергнуть наличие новой физики в этом распаде в ближайшие годы.