Сотрудники дубнинского Объединённого института ядерных исследований, Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики и Института прикладной физики Академии наук Молдовы экспериментально обнаружили следы распадов лёгкого бозона, не включённого в Стандартную модель.

Частица, масса которой оценивается в ~38 МэВ, пока обозначается просто как Е(38). О её наблюдении учёные рассказали на недавно завершившемся в Дубне Балдинском международном семинаре по проблемам физики высоких энергий, ещё до выступления опубликовав препринт статьи о своём открытии.

Стоит сказать, что бозон Е(38) уже упоминался в литературе в прошлом году: исследователи из Португалии Эеф ван Беверен (Eef van Beveren) и Джордж Рупп (George Rupp) нашли «первые признаки» его существования, просматривая данные, собранные коллаборацией BABAR при столкновениях электронов и позитронов на коллайдере PEP-II в американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC. В феврале 2012-го физики обновили статью, в которой теперь обсуждалась не только информация BABAR, но и результаты опытов, проведённых коллаборациями CDF (она, напомним, работала на протон-антипротонном коллайдере «Теватрон» в Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми), CMD (электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2М, Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН), CB-ELSA (ускоритель электронов ELSA, Боннский университет) и COMPASS (Суперпротонный синхротрон, Европейская организация по ядерным исследованиям). Представители COMPASS, что интересно, решили активно защищать каноническую интерпретацию своих данных и опубликовали короткий комментарий к работе ван Беверена и Руппа. Суть его сводится к тому, что найденный «пик» на ~38 МэВ представляет собой артефакт, характерный для конкретного спектрометра и конкретной схемы измерений и воспроизводимый стандартным моделированием по методу Монте-Карло.

Многие специалисты соглашались с COMPASS и рассматривали исследования ван Беверена и Руппа как бессмысленные поиски сигналов в распределениях сложной (и изначально не определённой) формы, не имеющие серьёзной физической основы. Теперь отношение может измениться: россияне анализировали уже не какую-то комбинацию опубликованных данных, а результаты экспериментов, выполненных ими лично на прекрасно известной им установке.

Схема дубнинского эксперимента. S1 и S2 — сцинтилляционные счётчики. (Иллюстрация авторов работы.)

Для проведения опытов в Дубне использовался ускорительный комплекс «Нуклотрон», пучок с которого попадал на углеродную или медную мишень. Дейтроны (содержащие один протон и один нейтрон ядра дейтерия, стабильного тяжёлого изотопа водорода) на «Нуклотроне» разгонялись до двух или трёх гигаэлектронвольт в пересчёте на один нуклон, а протоны — до 4,6 ГэВ. Экспериментальная схема, показанная на рисунке выше, имела два одинаковых плеча, расположенных практически симметрично относительно оси пучка, и результаты столкновений частиц с мишенями фиксировали удалённые на три с лишним метра черенковские гамма-спектрометры.

Эти гамма-спектрометры и зафиксировали свидетельства распадов Е(38) на пары фотонов (такие распады, кстати говоря, однозначно указывают на то, что Е(38) относится к бозонам). Физики построили распределение числа фотонных пар, зарегистрированных в правом плече схемы, по их инвариантной массе (величине, для расчёта которой необходимо знать энергии двух фотонов и угол между направлениями их движения), сравнили полученный график с фоновыми предсказаниями Стандартной модели — и обнаружили прогнозируемый ван Бевереном и Руппом пик в области 38 МэВ. Сигнал проявлялся в трёх разных вариантах эксперимента: при выведении протонов и 2-гигаэлектронвольтовых дейтронов на углеродную мишень и при попадании более энергетичных дейтронов на медную мишень.

Такая информация, кажется, должна была убедить скептиков, но этого, как показывает критический отзыв Томмазо Дориго (Tommaso Dorigo) на работу российских физиков, не произошло. Понять г-на Дориго, сотрудника коллаборации CMS, которая выполняет опыты на Большом адронном коллайдере и недавно сообщала об открытии хиггсовского бозона, можно: статья дубнинцев написана в очень, скажем так, необычном стиле. Традиционно в подобных исследованиях приводятся краткое описание установки и кое-каких ключевых её характеристик вроде энергетического разрешения, критерии отбора событий, сведения о том, как моделировался фон, и результаты статистического анализа с привычной для читателей «КЛ» оценкой значимости сигнала — однако ничего этого в новом препринте нет. Он, по сути, представляет собой набор однотипных графиков, построенных для трёх упомянутых выше вариантов эксперимента и разных критериев отбора (ограничений на энергию фотонов, сумму энергий двух фотонов и угол их разлёта), которые предъявляются без каких-либо комментариев.

Конечно, ответы на многие вопросы можно найти в опубликованном ранее отчёте об экспериментах на «Нуклотроне» и тех же черенковских гамма-спектрометрах (или в этой записи теоретика Криса Остина (Chris Austin), который объясняет всё более доступно), но оформление важнейшей статьи о наблюдении частицы, не вписывающейся в Стандартную модель, действительно удивляет. К записи результатов авторы также отнеслись спустя рукава; аппроксимируя обнаруженные пики функцией Гаусса, они везде указывают центральное значение с немыслимой точностью в пять (!) знаков после запятой, а в одном случае (38,4935 ± 1,02639) и вовсе допускают ошибку, которую не всегда прощают студентам в техническом вузе, — представляют значение и его погрешность с разным числом знаков после запятой.

Как бы там ни было, ситуация вскоре должна проясниться. По утверждению г-на ван Беверена, группа из Дубны обещала в ближайшее время составить подробное описание измерительной схемы и методов анализа.

Подготовлено по материалам arXiv и записей в блогах Томмазо Дориго и Криса Остина.