Электромагнитное, сильное и слабое – три фундаментальных взаимодействия всех элементарных частиц, которые предложила нам во второй половине 20 века теоретическая Стандартная модель. Она, казалось бы, детально их описала после того, как в 2012 году обнаружилась последняя из предсказанных ею 61-й элементарной частицы – бозон Хиггса. Все стали думать, что описывающая материю на атомном уровне научная картина мира окончена. Однако в нее по-прежнему не вписывается гравитация, как четвертое фундаментальное взаимодействие.
Рождение мюонов
Спустя всего пару лет в ходе эксперимента на протон-антипротонном коллайдере Тэватрон зарегистрировали явление, которое до сих пор объяснить не могут. К тому же очень высока статистическая значимость этого эффекта, а значит можно говорить о первом ярком эффекте, не вписывающемуся в Стандартную модель.
На Тэватроне с элементарными частицами работала коллаборация CDF. Главными героями события, о котором пойдет речь, стали мюоны – элементарные частицы класса лептонов (к нему же относится и электрон). Все лептоны взаимодействуют через слабое или электромагнитное поле, а сильного ядерного взаимодействия они не чувствуют. Поэтому мюоны редко взаимодействуют с другими частицами.
Электромагнитные силы с трудом сдвигают их с места, поскольку мюоны тяжелее электронов раз в двести. Так что когда эти частицы летят сквозь вещество, его ионизация крайне мала, и они могут пролететь так много, в отличие от других частиц, которых вещество быстро поглотит. Отсюда вытекает, что мюоны просто так расплодиться в протонных столкновениях, как пи-мезоны, не могут. У каждого мюона должна быть своя причина родиться.
Мюонные струи
В протон-антипротонных столкновениях с энергией 1,96 ТэВ произошло сразу несколько аномалий. Мало того, что мюоны рождались не поодиночке, так еще и разными способами. Обычно мюон рождается рядом с осью столкновения протонов. В этот раз это происходило далеко от нее, и даже вне вакуумной трубы, по которой несутся вакуумные сгустки. Такие мюоны могла породить нестабильная частица, появившаяся в протонных столкновениях.
Скачать мобильное приложение SFERA:
SFERA — это мессенджер, социальная сеть, сервис знакомств, поиск новых друзей, поиск работы/сотрудников, видеосервис и многое другое. Бесплатно, без рекламы. Мы за развитие, мы для думающих людей и мы против деградации.
Только физики такую частицу не знают. И потом, мюоны рождались по несколько штук, вплоть до восьми. Без четкого предпочтения появлялись как положительные, так и отрицательные мюоны, в разнообразных комбинациях. Наконец, вылетали мюоны не произвольно, а вдоль направления исходного мюона, то есть мюонной струей, что для Стандартной модели совершенно немыслимо. Произошедшее событие экспериментаторы лишь описали, заявив, что известными процессами это объяснить нельзя.
Стоит отметить, что члены коллаборации CDF не забыли проверить установку на сбой, дабы исключить тот момент, что причиной наблюдаемого явления стал артефакт, неучтенный систематической погрешностью. Также было проведено большое количество симуляций и проверок. В них исследователи учли все известные процессы, рождающие мюоны, а также источники ошибок и погрешностей детектора (чтобы тот из-за инструментальной ошибки не выдал обычные события за мюонные). Ни одно из анализируемых событий не рождало мюонные струи. Так что при текущем уровне знаний о частицах объяснить это нельзя.
Каскадный распад
Если предположить, что струи мюонов рождала какая-то новая частица, то она должна обладать рядом удивительных параметров. Она не должна быть тяжелой (максимум несколько десятков ГэВ), не должна быть очередным кварком (то есть чем-то стандартным), распадаться она должна от слабого либо еще не открытого типа взаимодействия (из-за большой дистанции, которую она пролетела до того, как распалась), она не должна проявляться одна. Наиболее вероятен сценарий каскадного распада, когда новая частица распадается на более легкую, испуская мюон. Та дальше распадается и тоже испускает мюон. Суперсимметричные теории допускают такие цепочки распадов.
Интересно, что следом за обнародованием результатов эксперимента на Тэватроне, вышла статья, описывающая новую модель темной материи, построенной на разновидности одной из суперсимметричной теории. Основная цель этого исследования заключалась в описании новых астрофизических данных, однако попутно выяснилось, что в этой теории новые частицы при распаде способны образовывать большое число электронов и мюонов (предсказание лептонных струй).
Большие надежды возлагались на данные другого крупного эксперимента на Тэватроне – Dzero. Если бы на нем увидели ту же самую аномалию, то она бы стала реальностью, а не артефактом CDF. Но, когда на специальном докладе были обнародованы результаты этого анализа, оказалось, что эксперимент DZero не подтвердил аномалию. Его результаты очень хорошо согласовались со Стандартной моделью. Вот так сорвалось открытие новой частицы, о котором многие поспешили заговорить. А пошатнувшаяся было научная картина мира объективной реальности встала на свое привычное место.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также:
