Рис. 1. Событие рождения двух W-бозонов с рекордной инвариантной массой 5 ТэВ в детекторе ATLAS. Изображение с сайта atlas.web.cern.ch

Читатели «Элементов», следящие за результатами Большого адронного коллайдера по крайней мере несколько лет, наверняка помнят то воодушевление, которое царило в физике частиц в 2014–2015 годах. Тогда по итогам сеанса Run 1 обнаружилось сразу с десяток подозрительных отклонений от Стандартной модели, за которыми мы начали следить на странице загадок коллайдера. Среди них был и намек на новую тяжелую частицу с массой около 2 ТэВ, которая распадалась на WZ-пару. Теоретики этот намек восприняли на ура, поскольку именно так мог проявляться тяжелый заряженный бозон Хиггса или частица-переносчик нового взаимодействия. Однако тот факт, что в анализе впервые использовалась новая методика, опирающаяся на внутреннюю структуру адронных струй, да и само расположение всплеска на краю распределения оставляли щемящее ощущение, что это может оказаться артефактом анализа. И действительно, новый сеанс работы, LHC Run 2, это отклонение не подтвердил, и в середине 2016 года, на статистике 15 fb^–1, аномалия при 2 ТэВ была окончательно закрыта.

Совсем недавно коллаборация ATLAS обновила результаты поиска двухбозонных резонансов, распадающихся на адроны, с учетом статистики 2017 года (интегральная светимость 80 fb^–1), см. предварительную публикацию ATLAS-CONF-2018-016. Методика распознания таких событий по внутренней структуре струй уже хорошо отлажена, и рис. 1 поможет ее визуализировать.

Здесь показано событие рождения двух W-бозонов, каждый из которых распадается на адроны. Примечательно оно тем, что WW-пара обладает тут рекордно большой инвариантной массой — 5 ТэВ. Расходящиеся звездочкой траектории в центре детектора — следы заряженных частиц в трековом детекторе, причем чем больше импульс частицы, тем более светлым оттенком показана траектория. Гистограммы по краям показывают энерговыделение в электромагнитном и адронном калориметрах детектора ATLAS. На вынесенном рисунке в левом верхнем углу событие максимально «очищено»: тут остались только треки и показания электромагнитного калориметра. И именно здесь, благодаря высокому угловому разрешению калориметра, видны два четких пика внутри каждой струи. Это следы двух потоков адронов, возникших при адронном распаде W-бозона, но слившихся в единую широкую струю из-за того, что вылетевший W-бозон — ультрарелятивистский. Именно для идентификации таких событий применяется методика изучения внутренней структуры струй.

С новой статистикой, которая более чем в пять раз превышает результат 2016 года, коллаборация ATLAS построила распределение отобранных событий по инвариантной массе струй (рис. 2). Несмотря на одиночные статистические флуктуации, данные в целом следуют предсказанному фону Стандартной модели. Обратите внимание, что никакого статистически значимого всплеска не видно ни при 2 ТэВ, ни где-либо еще. Есть локальное превышение в районе 3,4 ТэВ, однако оно очень слабое и при учете множественности выборки сойдет на нет.

Рис. 2. Распределение событий с рождением WW- или WZ-пар, распадающихся на адроны, по инвариантной массе пары. Точки — экспериментальные данные с погрешностями, красная линия с серой областью — ожидаемый фон Стандартной модели, пунктирные линии — то, как могли бы идти данные, если бы существовала новая тяжелая частица, распадающаяся на WW- или WZ-пару. Внизу: отличие данных от фона, выраженные в стандартных отклонениях. Изображение с сайта atlas.web.cern.ch

Таким образом, по мере обработки данных Run 2 этот и другие подобные поиски тяжелых резонансов уверенно вторгаются в область нескольких ТэВ и физики не видят там никаких бросающихся в глаза аномалий. При дальнейшем накоплении статистики эти распределения станут более плавными. Может быть, в них обнаружатся какие-то необычные закономерности, но своего энергетического потолка они уже практически достигли. Рывок к еще большим массам сможет дать только адронный коллайдер, рассчитанный на существенно более высокие энергии.