Сотрудники коллаборации CDF установили, что степень асимметрии рождения t-кварков (топ-кварков) и t-антикварков в экспериментах на «Теватроне» не согласуется с предсказаниями Стандартной модели.

Столкновения протонов с антипротонами, которые выполняются на американском коллайдере, естественным образом приводят к образованию подобных кварковых пар. При этом t-кварки, как показывают теоретические расчёты, «предпочитают» вылетать в направлении движения протона, а t-антикварки — в противоположную сторону. Асимметричное пространственное распределение создаётся за счёт того, что заряды протона и антипротона противоположны.

Рис. 1. Туннель коллайдера «Теватрон».

Коллаборации CDF и DZero представили первые опытные свидетельства асимметрии ещё в 2008 году. Оказалось, что амплитуда эффекта превосходит результат вычислений в рамках Стандартной модели, но расхождение было не слишком значительным: экспериментальная величина менее чем на два стандартных отклонения отличалась от предсказанной. Такое несоответствие можно получить и случайно.

Рис. 2. Зарегистрированные детектором CDF струи, которые служат свидетельством появления t-кварка и t-антикварка (иллюстрация Fermilab).

В новой работе был проанализирован увеличенный массив данных по столкновениям разогнанных до 980 ГэВ частиц, соответствующий интегральной светимости в 5,3 фбн-1. Пользуясь возможностями, которые даёт обширная накопленная статистика, физики представили результаты в виде распределения по инвариантной массе зарегистрированных пар t-кварков и t-антикварков.

Как выяснилось, при относительно малой массе степень асимметрии в целом соответствует Стандартной модели, но в области масс, превышающих 450 ГэВ, расхождение составляло уже 3,4 стандартного отклонения. Проще говоря, вероятность того, что обнаруженная аномалия окажется обычной статистической флуктуацией, крайне мала.

Теоретики уже сейчас готовы связать такой результат с присутствием неких новых частиц, но представители CDF оценивают свою работу подчёркнуто сдержанно. «Иногда три стандартных отклонения превращаются в пять или шесть, а иногда — в ноль», — говорит Роберт Роузер (Robert Roser) из Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми, намекая на то, что физикам нужно просто накопить ещё бóльший объём данных.

К сожалению, эксперименты на «Теватроне» будут завершены уже в этом году. Исследовать асимметрию рождения кварковых пар на Большом адронном коллайдере, где проводятся изначально «симметричные» столкновения протонов с протонами, много сложнее.

Рис. 3. Детектор CDF (фото Fermilab).