Эксперимент MEG II на мюонных пучках проходит в Институте Пауля Шеррера (PSI) недалеко от Цюриха (Швейцария). MEG II – вторая фаза эксперимента MEG, который закончил набор данных в 2013 г. Целью эксперимента MEG был поиск безнейтринного распада положительно заряженного мюона на позитрон и гамма-квант. Этот процесс обладает большой чувствительностью к проявлению Новой физики:  в рамках Стандартной модели он невозможен на уровне древесных диаграмм и очень маловероятен (меньше \(10^{-45}\)) за счет петлевых диаграмм с учетом смешивания лептонов.

 

lapidus

Н. А. Кучинский и А. Колесников за обсуждением. Фото из личного архива автора

В то же время несколько теорий за пределами Стандартной модели: суперсимметрия, Великое объединение, теории с дополнительными измерениями и модели с тяжелыми правыми нейтрино — предсказывают относительную вероятность таких распадов,  как \(\mu^{+} \to e^{+} \gamma\) в диапазоне от \(10^{-11}\) до \(10^{-15}\). Эти значения вполне достижимы на современных установках и подтверждают актуальность MEG и других экспериментов в области низких и промежуточных энергий, которые дополняют прямые поиски Новой физики на ускорителях высоких энергий.

Поиски \(\mu^{+} \to e^{+} \gamma\) - распада в космических лучах начались более шестидесяти лет назад в новаторских экспериментах Б. Понтекорво и Э. Хинкса, что стало особенно актуальным после обнаружения осцилляций нейтрино. Наиболее строгое ограничение на относительную вероятность распада \(\mu^{+} \to e^{+} \gamma\) было установлено на первом этапе эксперимента MEG в 2009–2013 гг.: (BR (\(\mu^{+} \to e^{+} \gamma\)) < \(4.2 × 10^{-13}\) на 90% уровне достоверности), что улучшило предыдущий результат в 20 раз.

В течение 2015–2021 гг. установка MEG была модернизирована. Вторая фаза эксперимента называется MEG II (см. рис. 1). В ходе модернизации был построен новый трекер на основе цилиндрической дрейфовой камеры с малым количеством вещества, существенно улучшены параметры электромагнитного калориметра на основе жидкого ксенона (фотоумножители заменены на MPPC (Multi-Pixel Photon Counter)), установлен новый высокосегментированный временной счетчик, обновлена вся считывающая электроника.

В 2021 г. на установке MEG II был проведен инженерный сеанс. В июне 2022 г. начался первый полугодовой физический сеанс набора экспериментальных данных. Сотрудники Научно-экспериментального отдела множественных адронных процессов (НЭОМАП ЛЯП): Н. А. Кучинский, Н. В. Хомутов, К. Г. Афанасьев, А. О. Колесников, В. А. Крылов, В. Л. Малышев, А. М. Рождественский – принимают активное участие в сеансе, который благодаря высокой степени автоматизации эксперимента проводится преимущественно в режиме удаленного доступа.

В эксперименте MEG II за 3 года планируется набрать статистику, которая позволит повысить  чувствительность эксперимента на относительную вероятность распада \(\mu^{+} \to e^{+} \gamma\) почти на порядок, до уровня  \( 6 × 10^{-14}\).

lapidus

Рис 1. Схема детекторов эксперимента MEG II

 

Александр Колесников,

младший научный сотрудник НЭОМАП ЛЯП