Обнаружены первые следы Новой физики

Чтобы заявить хотя бы о косвенных свидетельствах Новой физики, учёным приходится наблюдать за триллионами распадов элементарных частиц, которые можно спровоцировать лишь на гигантских ускорителях

(фото CERN/Fermilab).

Соавторы исследования Хоаким Матиас (слева) и Хавьер Вирто (справа) из Автономного университета Барселоны

(фото UAB).

Только представьте: вы открываете поваренную книгу и находите рецепт шоколадного торта. В нём описаны все тонкости приготовления десерта, вплоть до того, сколько крупиц соли и сахара следует добавить для получения идеального результата. Но минуточку — в графе "ингредиенты" ни слова не сказано про муку. Торт без муки — не торт, а бесформенная каша. И вроде бы, все пропорции верны, но как готовить без муки?

Те же самые мысли возникают у физиков, которые исследуют мир элементарных частиц. У них есть очень точный рецепт, который называется Стандартная модель, в котором учтены все тонкости "приготовления" различных частиц, их столкновений и распадов. Проблема в том, что он не учитывает трёх очень важных вещей: тёмной материи, тёмной энергии и гравитационного взаимодействия частиц. Безусловно, тёмную материю и энергию мы можем наблюдать только косвенно, прямых доказательств их существования во Вселенной у нас нет. Но гравитация... с её вездесущностью поспорить трудно.

Для того чтобы построить новую модель, отличную от Стандартной, необходимо для начала доказать, что последняя неработоспособна хотя бы в некоторых случаях. Но уступать трон Новой физике Стандартная модель не спешит: последние открытия в области элементарных частиц лишь укрепляют её права на "царствование" в науке.

Главным доказательством универсальности Стандартной модели является открытие знаменитого бозона Хиггса — частицы, придающей всем остальным частицам массу. Эксперимент прошёл в точности так, как было предсказано теоретиками, без аномалий и отклонений.

Другое открытие произошло сравнительно недавно: в Большом адронном коллайдере произошёл очень редкий распад Bs-мезона на два мюона. И вновь Новая физика терпит поражение: распад прошёл в соответствии со всеми предсказаниями Стандартной модели.

Чтобы заявить хотя бы о косвенных свидетельствах Новой физики, учёным приходится наблюдать за триллионами распадов элементарных частиц, которые можно спровоцировать лишь на гигантских ускорителях (фото CERN/Fermilab).

Впрочем, то, что экспериментаторы не могут пока найти подтверждений Новой физики, не значит, что теоретики не могут пофантазировать на эту тему. Ещё в 1970 годах австрийский физик Юлиус Весс (Julius Wess) предложил рассмотреть так называемую теорию суперсимметрии, согласно которой у каждой частицы во Вселенной есть более массивный "суперпартнёр". Теоретически эта идея вполне может конкурировать на равных со Стандартной моделью, но экспериментов, которые могли бы подтвердить суперсимметрию и опровергнуть существующие законы, до сих пор проведено не было.

Стоит отметить, что, конечно, далеко не каждый учёный может найти доказательства в пользу Новой физики. Раздел физики элементарных частиц часто называют физикой высоких энергий, и это не случайно. Для того чтобы спровоцировать распады некоторых частиц, необходимы очень высокие энергии, произвести которые можно лишь на гигантских установках, таких как Большой адронный коллайдер (Large Hadron Collider).

Команде исследователей, работающих с этой мощнейшей в мире установкой, удалось зафиксировать некую аномалию, необъяснимую с помощью Стандартной модели. Себастьен Дескоте-Женон (Sébastien Descotes-Genon) из Парижского университета, Хоаким Матиас (Joaquim Matias) и Хавьер Вирто (Javier Virto) из Автономного университета Барселоны провели эксперимент с распадом В-мезона, который впервые прошёл не совсем так, как предсказывала Стандартная модель. В-мезоны состоят из пары кварк-антикварк и распадаются на каон (К*) и пару мюон-антимюон. Если вы ещё не совсем запутались, напомним, что мюоны вляются тяжёлыми "собратьями" электронов.

Соавторы исследования Хоаким Матиас (слева) и Хавьер Вирто (справа) из Автономного университета Барселоны (фото UAB).

В ходе эксперимента было выявлено некоторое отклонение от нормы в угловом распределении продуктов распада В-мезона. При этом учёные утверждают, что аномалия была не случайной, а действовала по некому шаблону, не предсказанному Стандартной моделью.

О сенсационном открытии говорить пока рано (по оценкам экспертов, отклонение от Стандартной модели составляет 4,5 сигмы из 5 необходимых). Но как сами авторы исследования, так и их коллеги по всему миру признают, что случилось что-то очень странное. Это явно не ошибка, но что же?

В своей статье, которая пока опубликована на сайте препринтов arXiv.org, Дескоте-Женон, Матиас и Вирто полагают, что эта аномалия может быть доказательством существования нового Z’-бозона — массивного "партнёра" недавно открытого Z-бозона, переносчика слабого взаимодействия. Это могло бы быть очком в пользу теории суперсимметрии, ведь именно в ней говорится о наличии таких частиц-партнёров.

Предположение звучит столь смело, что вызывает скептицизм у физиков, не принимавших участия в исследовании.

"Лично я не поставил бы собственный дом на то, что это действительно Z’-бозон, но аномалия в распаде меня очень заинтересовала. Необходимо проанализировать больше данных за 2011 и 2012 годы, чтобы найти убедительные подтверждения", — говорит специалист по B-мезонам Тим Гершон (Tim Gershon) из университета Уорика, который также работал на Большом адронном коллайдере.

Намёки на Новую физику загадочный мир элементарных частиц даёт нам крайне редко, но когда происходят подобные отклонения от Стандартной модели, это всегда вызывает ажиотаж в научных кругах. Сейчас трудно сказать, найдутся ли новые подтверждения теории суперсимметрии или вышеописанное открытие со временем опровергнут, но следить за развитием событий становится всё интереснее.

Также по теме:
Распад частиц на Большом адронном коллайдере намекнул на новую физику  
Редкий распад на коллайдере опроверг теорию суперсимметрии 
Эксперимент на Большом адронном коллайдере опроверг современную теорию мироздания 
Физики впервые поймали неизвестную субатомную частицу из четырёх кварков 
Физики опровергли свидетельства двойного безнейтринного бета-распада