CMS проверила CP-нарушение на крупнейшей выборке нейтральных B-мезонов

Коллаборация CMS представила результаты исследования, в котором с использованием крупнейшей на сегодняшний день выборки B-мезонов была проведена высокоточная проверка возможных тонких различий в поведении материи и антиматерии.

Одним из ключевых вопросов современной физики остается асимметрия между материей и антиматерией во Вселенной. Согласно существующим теориям, после Большого взрыва должно было образоваться почти равное количество материи и антиматерии, однако наблюдаемая Вселенная практически полностью состоит из обычной материи. Одним из важных механизмов, способных пролить свет на это несоответствие, считается нарушение зарядово-пространственной симметрии, или CP-нарушение.

Новое исследование сосредоточено на нейтральных B-мезонах. Эти частицы, состоящие из анти-b-кварка и нижнего или странного кварка, могут самопроизвольно превращаться в собственные античастицы, а затем вновь переходить обратно. Сравнивая небольшие различия во временной частоте распадов их материального и антиматериального состояний, ученые получают возможность более точно проверять предсказания Стандартной модели.

Коллаборация CMS проанализировала данные протон-протонных столкновений, собранные в 2022–2025 годах. В ходе работы были реконструированы около 1,4 млн распадов B⁰-мезонов, содержащих нижний кварк, а также 16 тыс. распадов B⁰s-мезонов, содержащих странный кварк, по выбранным каналам распада.

Одной из ключевых задач было определить тип каждого мезона в момент его рождения, то есть установить его начальное состояние до распада на J/ψ-мезон и нейтральный K-мезон. Для повышения точности такой идентификации CMS использовала алгоритмы на основе современных методов искусственного интеллекта. Они учитывали информацию о мюонах, электронах, струях частиц, связанных с событием столкновения, а также данные о частицах, возникающих вблизи B⁰s-мезона.

По сравнению с предыдущими анализами этот подход существенно повысил способность эксперимента определять исходное состояние мезонов. Полученные результаты показали, что измеренное CP-нарушение согласуется с предсказаниями Стандартной модели.

Особенно отмечается, что измерение CP-нарушения в распаде B⁰s-частицы на J/ψ-мезон и нейтральный K-мезон достигло наивысшей на данный момент точности. Параллельное исследование распадов B⁰-мезонов также дало важные данные для проверки тех же возможных физических механизмов.

В CMS заявили, что результаты углубляют понимание CP-нарушения в системах B-частиц и устанавливают более строгие ограничения на возможный вклад новых частиц. По мере накопления дополнительных данных на этапе высокой светимости Большого адронного коллайдера точность измерений CP-нарушения может быть дополнительно повышена, что даст новые экспериментальные сведения для изучения проблемы асимметрии материи и антиматерии.