Физики продолжают поиск гипотетической частицы X17

Новое свидетельство неизвестной частицы, которая может нести пятую силу природы, дает сотрудничеству NA64 в CERN новый стимул для продолжения поисков.

В 2015 году группа ученых заметила неожиданный сбой или «аномалию» в ядерном переходе, который можно объяснить образованием неизвестной частицы. Примерно через год теоретики предположили, что новая частица может свидетельствовать о новой фундаментальной силе природы, в дополнение к электромагнетизму, гравитации и сильным и слабым ядерным силам.

Результаты привлекли внимание всего мира и побудили, среди других исследований, к прямому поиску частицы благодаря сотрудничеству NA64 в ЦЕРН.

В новой статье этой же группы, которую возглавляет Аттила Крашнахоркай из института «Atomki institute» в Венгрии, теперь сообщается о другой аномалии аналогичного ядерного перехода, которую также можно объяснить той же гипотетической частицей.

Первая аномалия, замеченная командой, была обнаружена при переходе ядер бериллия-8. Этот переход испускает виртуальный фотон высокой энергии, который превращается в электрон и его аналог антивещества, позитрон.

Исследуя количество электрон-позитронных пар при разных углах разделения, исследователи обнаружили неожиданный избыток пар при угле разделения около 140º. Напротив, теория предсказывает, что число пар уменьшается с увеличением угла разделения без превышения под определенным углом. Крашнахоркай и его коллеги пришли к выводу, что избыток можно интерпретировать как образование новой частицы с массой около 17 миллионов электронвольт (МэВ), частицы «X17», которая превратится в пару электрон-позитрон.

Последняя аномалия, о которой сообщила группа физиков в статье, которую еще предстоит рецензировать, также имеет форму избытка электрон-позитронных пар, но на этот раз избыток связан с переходом ядер гелия-4.

«В этом случае превышение происходит под углом 115º, но это также можно интерпретировать как образование частицы с массой около 17 МэВ», — пояснил Аттила Крашнахоркай. «Новый результат поддерживает наш предыдущий результат и возможное существование новой элементарной частицы», — добавляет он.

Сергей Гниненко, представитель сотрудничества NA64 в CERN, который не обнаружил признаков X17 в своем прямом поиске, говорит: «Аномалии «Atomki institute» могут быть вызваны экспериментальным эффектом, эффектом ядерной физики или чем-то совершенно новым, таким как новая частица. Чтобы проверить гипотезу о том, что они вызваны новой частицей, крайне важен как детальный теоретический анализ совместимости результатов по бериллию-8 и гелию-4, так и независимое экспериментальное подтверждение».

Сотрудничество NA64 ищет X17, выпуская пучок из десятков миллиардов электронов с суперпротонного синхротронного ускорителя на неподвижную цель. Если бы X17 действительно существовал, взаимодействия между электронами и ядрами в мишени иногда приводили к образованию этой частицы, которая затем превращалась бы в пару электрон-позитрон.

Коллаборация пока не нашла никаких признаков того, что такие события имели место, но его наборы данных позволили им исключить часть возможных значений для силы взаимодействия между X17 и электроном. Сейчас команда исследователей модернизирует свой детектор для следующего раунда поиска, который, как ожидается, будет более сложным, но в то же время более захватывающим.

A.J. Krasznahorkay, et al. New evidence supporting the existence of the hypothetic X17 particle arXiv:1910.10459v1 [nucl-ex]: arxiv.org/abs/1910.10459v1