Здравствуйте, дорогие мои читатели!
Когда десять лет назад в ЦЕРНе запустили гигантский ускоритель - большой адронный коллайдер (бак), появилась надежда, что вскоре будут открыты новые частицы, которые помогут человечеству разгадать глубочайшие тайны физики. Тёмная материя, микроскопические черные дыры и скрытые измерения… Но помимо впечатляющего открытия бозона Хиггса, проект не дал никаких подсказок относительно того, что может лежать за пределами Стандартной модели физики элементарных частиц , нашей нынешней лучшей теории микрокосма.
Статья размещённая группой учёных – физиков. описывающая один из четырёх гигантских экспериментов на баке , возможно, заставила сердца физиков биться чуть быстрее. Проанализировав триллионы столкновений, произошедших за последнее десятилетие, учёные могут увидеть свидетельства чего – то совершенно нового - потенциально носителя совершенно новой силы природы.
Но возбуждение умеряется крайней осторожностью. Стандартная модель выдержала все экспериментальные испытания с тех пор, как была сформулирована в 1970-х годах, поэтому, чтобы утверждать, что мы наконец-то видим то, что она не может объяснить, требуются экстраординарные доказательства.
Стандартная модель описывает природу в мельчайших масштабах, включая фундаментальные частицы , известные как лептоны (такие как электроны) и кварки (которые могут объединяться в более тяжёлые частицы, такие как протоны и нейтроны), и силы, с которыми они взаимодействуют.
Существует много различных видов кварков, некоторые из которых нестабильны и могут распадаться на другие частицы. Новый результат связан с экспериментальной аномалией, на которую впервые намекнули в 2014 году, когда физики LHCb заметили “красивые” кварки, распадающиеся неожиданным образом.
В частности, оказалось, что кварки красоты распадаются на лептоны, называемые мюонами, гораздо реже, чем на электроны. Это странно, потому что мюон - это, по сути, углеродная копия электрона, идентичная во всех отношениях, за исключением того, что он примерно в 200 раз тяжелее.
Можно было бы ожидать, что красивые кварки распадаются на мюоны так же часто, как и на электроны. Единственный способ, которым эти распады могут происходить с разной скоростью, - это если в распад вовлекаются какие-то невиданные ранее частицы и склоняют чашу весов против мюонов.
Хотя результат 2014 года был интригующим, он не был достаточно точным, чтобы сделать твёрдый вывод. С тех пор в родственных процессах появился ряд других аномалий. Все они по отдельности были слишком слабыми для исследователей, чтобы быть уверенными в том, что они являются подлинными признаками новой физики, но, как ни странно, все они, оказалось, указывали в одном направлении.
Большой вопрос заключался в том, станут ли эти аномалии сильнее по мере анализа большего количества данных или канут в ничто. В 2019 году LHCb снова провела те же измерения распада кварков красоты, но с дополнительными данными, полученными в 2015 и 2016 годах. Но все было не намного яснее, чем пять лет назад.
Сегодняшний результат удваивает существующий набор данных, добавляя выборку, записанную в 2017 и 2018 годах. Чтобы избежать случайного введения предубеждений, данные анализировались “вслепую” – учёные не могли увидеть результат, пока все процедуры, используемые при измерении, не были проверены и пересмотрены.
Когда на экране появился результат, аномалия все ещё была на месте – около 85 распадов мюонов на каждые 100 распадов электронов, но с меньшей неопределённостью, чем раньше.
Многих физиков будет волновать то, что неопределённость результата теперь превышает “три Сигмы” – учёные говорят, что есть только один шанс из тысячи, что результат является случайной случайностью данных. Обычно физики элементарных частиц называют “доказательством” все, что превышает три Сигмы. Однако нам ещё далеко до подтверждённого “открытия” или “наблюдения” – для этого потребуется пять сигм.
Теоретики показали, что можно объяснить эту аномалию (и другие), признав существование совершенно новых частиц, которые влияют на способы распада кварков. Одна из возможностей – фундаментальная частица, называемая “Z prime” - По сути, носитель совершенно новой силы природы. Эта сила была бы чрезвычайно слабой, поэтому мы до сих пор не видели никаких ее признаков и взаимодействовали бы с электронами и мюонами по-разному.
Другой вариант – гипотетический “ лептокварк ” - частица, которая обладает уникальной способностью распадаться на кварки и лептоны одновременно и может быть частью более крупной головоломки, объясняющей, почему мы видим частицы существующие в природе.
Итак, учёные наконец-то увидели свидетельства новой физики?
Ну, может быть, а может, и нет. Делается много измерений на баке, так что вы можете ожидать, что, по крайней мере, некоторые из них окажутся далеко от стандартной модели. И учёные никогда не смогут полностью сбросить со счетов возможность того, что в эксперименте есть какая-то предвзятость, которую должным образом не учли, хотя этот результат был проверен чрезвычайно тщательно. В конечном счёте, картина станет яснее только с большим количеством данных. LHCb в настоящее время проходит серьёзную модернизацию, чтобы резко увеличить скорость записи столкновений.
Даже если аномалия сохранится, она, вероятно, будет полностью признана только после того, как независимый эксперимент подтвердит результаты. Однако захватывающая возможность заключается в том, что учёныемогли бы обнаружить новые частицы, ответственные за эффект, создаваемый непосредственно в столкновениях на баке. Между тем, эксперимент Belle II в Японии вероятно в состоянии сделать аналогичные измерения.
Что же это может означать для будущего фундаментальной физики? Если то, что мы видим, на самом деле является предвестником каких-то новых фундаментальных частиц, то это, наконец, будет прорывом, о котором физики мечтали десятилетиями.
Мы, наконец, глазами учёных увидим часть более широкой картины, лежащей за пределами Стандартной модели, которая, в конечном счёте, может позволить разгадать любое количество существующих тайн. Они включают в себя природу невидимой темной материи, которая заполняет вселенную, или природу бозона Хиггса. Это могло бы даже помочь теоретикам унифицировать фундаментальные частицы и силы. Или, возможно, лучше всего, это может указывать на то, что мы никогда даже не рассматривали.
Так стоит ли нам волноваться? Да, такие результаты случаются не так уж часто, но охота на них, определённо идёт. Однако надо быть осторожными и скромными; экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств. Только время и тяжёлая работа смогут сказать, увидели ли учёные первый проблеск того, что лежит за пределами нашего нынешнего понимания физики элементарных частиц.
Дорогие мои читатели!
Я стараюсь рассказать Вам о разных сторонах нашей жизни, о новых открытиях и достижениях, об интересном и полезном.
Прошу Вас не лениться и оставлять комментарии, ведь Ваше мнение не менее важно для всех кто читает статью, и для меня в том числе.
Ставьте лайк, выражайте своё отношение к каналу.
Подписывайтесь, не теряйте его в массе других, если Вам интересно!
В статье , в том числе , использован материал « Why we’re cautiously optimistic about our new findings ».
