Есть в природе такие частицы, Каоны, исследование которых привело к нескольким знаковым открытиям.
В первой половине 20-ого века бурно развивалась физика элементарных частиц. Тогда это была еще юная дисциплина, в которой было все непонятно и безумно интересно. И стоимость экспериментальных установок не была такой заоблочной как сейчас) Так вот. Наша история начинается в 1947 г., когда Дж. Рочестер и К. К. Батлер опубликовали результаты собственных наблюдений за космическими лучами. В ходе исследований они смогли зафиксировать две новые частицы, нейтральную и заряженную. Нейтральная частица распадалась в свою очередь на две заряженные и уже известные частицы, пионы, а заряженная частица – на заряженный пион и что-то нейтральное. По грубой оценке массы новых частиц были в половину массы протона. Дальнейшие эксперименты показали всю необычность новых частиц. И самой впечатляющей особенностью на тот момента было их время жизни, существенно превышающее ожидаемое. За такое долголетие, и не сильно заморачиваясь, частицы обозвали «странными». Чтобы объяснить свойства «странных» частиц, понадобилось сделать два ключевых предположения. Во-первых, пришлось предположить существование еще одного фундаментального взаимодействия наряду с сильным ядерным и электромагнитным взаимодействиями, с помощью которых до этого момента описывались реакции с частицами. Характерная интенсивность нового взаимодействия оказалась значительно ниже, чем у электромагнитного и сильного ядерного, поэтому его назвали «слабым». Вторым предположением стало существование еще одного, «странного», кварка в дополнение к уже известным на тот момент «верхнему» и «нижнему» кваркам. Если теперь использовать эти предположения и считать, что «странность» сохраняется при сильном и электромагнитном взаимодействиях, но не сохранятся при слабых, то самые легкие частицы с одним «странным» кварком должны будут распадаться под действием слабого, а не сильного взаимодействия. В результате, из-за низкой интенсивности слабого взаимодействия время их жизни будет больше, чем в случае сильного распада.
По итогам, самые легкие «странные» частицы получили название Каоны, а физики поняли, что кварков больше, чем они думали, и нужно искать дальше.
Но на этом череда фундаментальных открытий в физике Каонов не оборвалась. В 1956 году Янг Чжэньнин и Ли Цзундао теоретическом рассмотрели процесс распада Kаонов и предположили, что слабое взаимодействие может нарушать зеркальную симметрию процессов. До этого момента эта симметрия, когда пространственное обращение – умножение на -1 всех координат, образно говоря – никак не влияет на процесс, считалась непреложной. А уже в 1957 году группа Ву Цзяньсун смогла в эксперименте по β-распаду это нарушение зарегистрировать. Дальнейшие исследования в физике частиц показали, что нарушаются и зеркальная симметрия, и зарядовая симметрия (когда частицы меняются на античастицы и наоборот), и симметрия по отношению к обращению времени, а сохраняются эти симметрии только одновременно. Т.е. существует лишь симметрия, когда обращения зарядов частиц, их координат и направления течения времени происходят одновременно. И это уже фундаментальная симметрия всех (!) физических законов.
И сегодня физика Каонов вновь дает намеки на новые открытия. В ходе эксперимента KOTO на протонном ускорителе J-PARC в Японии ученые обнаружили редкие распады нейтральных Каонов. Исследователи предполагают, что эти распады на самом деле являются новой короткоживущей частицей, которую до этого в подобных экспериментах не видели из-за несовершенства детекторов.
Согласно расчетам, для этих новых частиц могут быть две возможности. Одно из объяснений состоит в том, что Каон распадается на пион и какую-то невидимую для детектора частицу. Во втором случае такой распад можно объяснить тем, что исследователи наблюдают процесс рождения и распада чего-то совершенно нового и неизвестного физикам.
Если зарегистрированные события подтвердятся, то они станут прямым указанием в поиске «новой физики» за пределами Стандартной Модели в физике элементарных частиц.
Всего на сегодняшний момент было зарегистрировано четыре события, и сейчас ученые проводят специальный прогон накопленных экспериментальных данных, чтобы подтвердить, были ли эти события истинными обнаружениями новых частиц или просто ошибкой обработки данных.
Если события подтвердятся, то будет очень интересно, очень.
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.