Странная аномалия, замеченная на Большом адронном коллайдере (БАК) еще пару лет назад, подтверждена. Это не ошибка, а еще одно действительное указание на существование более широкого мира за пределами Стандартной Модели (СМ) квантовой механики.
Как сообщили физики Европейского центра ядерной физики (ЦЕРН) на конференции, прошедшей в конце марта в Италии, детальный анализ данных, полученных во время предыдущих запусков коллайдера, подтвердил, что редкий распад нейтральных В-мезонов, протекающий по нестандартному пути, — не результат ошибки. Это косвенное свидетельство в пользу существования частиц, выходящих за рамки принятой сегодня Стандартной Модели.
К уравнениям Стандартной Модели физики питают большой пиетет — и неспроста. Эта картина мира частиц позволяет свести все их многообразие к набору из 17-ти фундаментальных частиц — таких как кварки, лептоны и бозоны — и описать многие взаимодействия с огромной точностью. Выкладки СМ многократно подтверждаются самыми ювелирными экспериментами, и лишь некоторые феномены никак не удается загнать в ее строгие рамки. Однако сбрасывать их со счетов никак нельзя — достаточно сказать, что не поддается СМ такое явление как гравитация. Другой пример — фундаментальная СР-асимметрия нашего мира.
СР-асимметрия знакома каждому из личного опыта: все мы состоим из частиц обычной материи, а вот античастицы — большая редкость в нашем мире. Получить их можно лишь в процессах, протекающих на очень высоких уровнях энергии, например, на мощнейших ускорителях. А между тем некогда в пламени Большого Взрыва античастицы родились примерно в том же количестве, что и частицы.
Вопрос о том, откуда и как во Вселенной возникла эта асимметрия, остается открытым, и Стандартная Модель дать ответ неспособна. Если между частицами и античастицами существует какая-то существенная разница, которая и создала глобальное нарушение СР-симметрии, то она на порядки отличается от любых предсказаний СМ. Считается, что СР-нарушения требуют существования частиц, способных «действовать» при громадных уровнях энергии, частиц такой огромной массы, что в Стандартной Модели (и при доступных нам условиях) они не проявляются.
Ученые не останавливают поиски решения СР-проблемы — и одним из направлений этой работы является регистрация распадов некоторых частиц, которые содержат фундаментальные античастицы и время от времени распадаются по нестандартным каналам. Несколько таких процессов неформально называются «пингвиньими»: диаграмма распада частиц в результате этих событий действительно напоминает силуэт пингвина.
Любите азиатскую кухню? Тут отличный ресторан китайской кухни. Можно заказать блюда домой.
В ходе подобных распадов кварки одного типа, входившие в состав исходных частиц, превращаются в другие, испуская промежуточные, чрезвычайно короткоживущие «виртуальные» частицы. Это могут быть бозоны или другие, гораздо более тяжелые частицы — те самые, которые не описываются уравнениями СМ.
Виртуальные частицы распадаются очень быстро, порождая пары лептонов и антилептонов — и иногда эти пары имеют нестандартные характеристики, свидетельствуя о существовании долгожданных сверхтяжелых частиц. Происходит такое крайне редко, что требует от физиков набирать громадную — в миллионы и миллионы событий — статистику, да и после этого подвергать эти данные самому тщательному анализу, чтобы отбросить возможные ошибки.
Представьте, что вы подбросили монетку 10 раз. Вас вряд ли удивит, если результат получится вовсе не 50:50, а, скажем, семь «орлов» всего на три «решки». Такие случайные отклонения тоже необходимо учесть, поэтому в недавней работе ученые проанализировали около 2400 случаев регистрации таких редких событий, установив, что среднеквадратическое отклонение этого массива данных составляет 3,7 сигма.
Примерно с такой вероятностью можно ожидать из 100 бросков монеты 69и выпадений «орла». Не совсем невероятно, но и не 50:50. Впрочем, для того, чтобы считать открытие достаточно надежно подтвержденным, необходимо добиться уровня в 5 сигма — или 75 «орлов» из 100 бросков. Такое уже почти точно не случайно, однако получить требуемый результат пока не удается. Возможно, в этом помогут новые исследования на Баке, начала которых мы все с нетерпением ждем. После почти двух лет модернизации коллайдер начал свою работу 5 апреля — уже на полную мощь.