В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, международная группа ученых из Belle II Collaboration сделала первый прямой замер отношения тау-лептонов к лёгким лептонам (R(Xτ/ℓ)R(X_{tau/ell})R(Xτ/ℓ)) в инклюзивных распадах B-мезонов. Этот эксперимент направлен на проверку универсальности слабых взаимодействий заряженных лептонов – ключевого положения стандартной модели физики элементарных частиц.
Стандартная модель утверждает, что все заряженные лептоны (электрон, мюон и тау-лептон) взаимодействуют одинаково с электромагнитными и слабыми силами. Однако любые отклонения от этого могут указывать на существование новой физики за пределами стандартной модели. Особый интерес вызывает сравнение тау-лептонов с более лёгкими мюонами и электронами, поскольку предыдущие измерения показывали разногласия между экспериментальными данными и теоретическими прогнозами.
В отличие от предыдущих исследований, которые фокусировались на распадах с одним чарм-мезоном, исследование Belle II включает все типы адронов и их количество. Последнее подобное измерение было проведено более 20 лет назад на Большом электрон-позитронном коллайдере (LEP) в CERN.
В эксперименте Belle II используются пары B-мезонов, образованные при столкновениях электронов и позитронов. Одни из мезонов полностью реконструируются, а затем исследуются лёгкие лептоны, которые могут происходить как непосредственно от распада B-мезона, так и через тау-лептон. Для различения лептонов, возникающих при распаде тау-лептонов, используются распределения их импульса и энергии. Эти показатели помогают отличить их от лептонов, возникающих непосредственно из распада B-мезонов.
Анализ Belle II позволил определить это соотношение, несмотря на наличие систематических неопределённостей, которые будут уменьшаться по мере накопления данных. Текущие результаты согласуются как с предсказаниями стандартной модели, так и с аномалиями, наблюдаемыми в эксклюзивных распадах. Это исследование прокладывает путь для дальнейших проверок универсальности лептонов и поиска новой физики.
Проект Belle II планирует продолжить сбор данных и обновление результатов измерений в ближайшие годы, что позволит с высокой точностью определить, нарушается ли универсальность лептонов в этих распадах.