В детекторе CMS на Большом адронном коллайдере столкнулись протоны, разогнанные почти до скорости света. Среди миллиардов таких столкновений физики искали редкий след: рождение одной тяжёлой частицы, которая тут же разваливается на W-бозон и b-кварк. W-бозон живёт ничтожные доли секунды и распадается на электрон или мюон, а b-кварк превращается в струю частиц — как осколки разбитой чашки разлетаются по столу.
Такой след мог бы выдать «вектороподобный кварк» — гипотетического тяжёлого родственника обычных кварков, из которых состоят протоны и нейтроны. Если бы он существовал, его появление было бы заметно на фоне обычных процессов. Но после анализа данных, накопленных за несколько лет работы коллайдера, избытка событий не нашли. Это как прослушать сотни часов записи шума моря и не услышать ни одного постороннего звука.
Такие ограничения — как сужение круга поиска на карте: чем точнее мы знаем, где частицы нет, тем меньше остаётся мест, где её можно искать дальше. Возможно, следующее поколение экспериментов или более тонкие методы анализа всё-таки услышат тот самый звук в шуме.
как её написали авторы, на английском arXiv:2604.17564
A search is performed for the single production of a heavy vector-like quark (VLQ), decaying into a W boson and a b quark. The analysis uses proton-proton collision data collected by the CMS experiment at the CERN LHC at a center-of-mass energy of 13 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$$^{-1}$$. The search targets events with leptonic W boson decays. The event signature consists of one electron or muon, large transverse momentum imbalance, at least one jet consistent with coming from the fragmentation of a b quark and having large transverse momentum, and at least one jet in the forward region of the detector. No significant excess over the standard model prediction is observed. Upper limits are set at the 95% confidence level on the production cross section of a VLQ and its coupling $$\kappa_\mathrm{W}$$ to the standard model sector. For a VLQ decaying exclusively into Wb, the upper limit on $$\kappa_\mathrm{W}$$ depends on the VLQ mass and reaches values as low as 0.086 for masses around 1.4 TeV. For $$\kappa_\mathrm{W}$$ = 0.2 the lower limit on the VLQ mass is 2.4 TeV. These are the most stringent limits to date on the single production of VLQs decaying into Wb.
Вектороподобные кварки, если бы их нашли, стали бы первыми известными частицами, которые получают массу иначе, чем все остальные — не через механизм Хиггса.
В романе «Задача трёх тел» Лю Цысиня физики сталкиваются с частицами, которые нарушают привычные законы, — поиск экзотических кварков чем-то напоминает попытку поймать такую аномалию в реальном эксперименте.