Результат нового эксперимента в ЦЕРНе бросает вызов ведущей теории физики

Коллаборация LHCb в ЦЕРНЕ обнаружила, что некоторые частицы ведут себя не так, как следовало бы в соответствии с руководящей теорией физики элементарных частиц — Стандартной моделью.

Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывает, что частицы, называемые прелестными кварками, которые измеряются в эксперименте LHCb, должны распадаться либо на мюоны, либо на электроны в равной мере. Однако новый результат предполагает, что этого может и не произойти, что может указывать на существование новых частиц или взаимодействий, не объясненных Стандартной моделью.

За пределами стандартной модели

Стандартная модель — это лучшая современная теория физики элементарных частиц, описывающая все известные фундаментальные частицы, составляющие нашу Вселенную, и силы, с которыми они взаимодействуют.

Однако Стандартная модель не может объяснить некоторые из самых глубоких тайн современной физики, включая то, из чего состоит темная материя и дисбаланс материи и антиматерии во Вселенной.

Поэтому исследователи искали частицы, которые ведут себя иначе, чем можно было бы ожидать в Стандартной модели, чтобы помочь объяснить некоторые из этих загадок.

Доктор Митеш Патель, один из ведущих физиков, стоявших за экспериментом, сказал: «Мы действительно дрожали, когда впервые посмотрели на результаты, мы были так взволнованы. Наши сердца забились немного быстрее.»

«Пока еще слишком рано говорить, действительно ли это отклонение от Стандартной модели, но потенциальные последствия таковы, что эти результаты — самая захватывающая вещь, которую я сделал за последние 20 лет в этой области. »

Строительные блоки природы

Необычные результаты были получены экспериментом LHCb, одним из четырех огромных детекторов частиц на Большом адронном коллайдере ЦЕРНА (БАК).

БАК является самым большим и мощным в мире коллайдером частиц — он разгоняет субатомные частицы почти до скорости света, прежде чем разбить их друг о друга. Эти столкновения производят большое количество новых частиц, которые физики затем регистрируют и изучают, чтобы лучше понять основные строительные блоки природы.

Обновленное измерение ставит под сомнение законы природы, которые одинаково относятся к электронам и их более тяжелым родственникам, мюонам, за исключением небольших различий из-за их различных масс.

Согласно Стандартной модели, мюоны и электроны взаимодействуют со всеми силами одинаково, поэтому кварки, созданные в LHCb, должны распадаться на мюоны так же часто, как и на электроны.

Но новые измерения предполагают, что распады могут происходить с разной скоростью, что может свидетельствовать о том, что невиданные ранее частицы склоняют чашу весов в сторону от мюонов.

«Результат дает интригующий намек на новую фундаментальную частицу или силу, которая взаимодействует таким образом, что частицы, известные в настоящее время науке, не взаимодействуют.» — говорят ученые. «Если это подтвердится дальнейшими измерениями, это окажет глубокое влияние на наше понимание природы на самом фундаментальном уровне.»

Не предрешенный вывод

В физике элементарных частиц золотым стандартом для открытия является пять стандартных отклонений, что означает, что вероятность того, что результат окажется случайностью, составляет 1 к 3,5 миллионам. Полученный результат равен трем отклонениям, что означает, что вероятность того, что измерение является статистическим совпадением, составляет 1 к 1000. Поэтому еще слишком рано делать какие-либо твердые выводы.

«Мы знаем, что должны быть новые частицы, которые нужно открыть, потому что наше нынешнее понимание Вселенной во многих отношениях не соответствует истине — мы не знаем, из чего состоит 95% Вселенной, или почему существует такой большой дисбаланс между материей и антиматерией, и мы не понимаем закономерностей в свойствах частиц, о которых мы знаем» — говорят исследователи.

«Пока мы должны ждать подтверждения этих результатов, я надеюсь, что однажды мы сможем оглянуться назад как на поворотный момент, когда мы начали отвечать на некоторые из этих фундаментальных вопросов.»

Теперь коллаборация LHCb должна еще точнее проверить свои результаты, собрав и проанализировав больше данных, чтобы увидеть, остались ли доказательства каких-то новых явлений. Ожидается, что эксперимент LHCb начнет собирать новые данные уже в следующем году, после обновления детектора.