Сенсация не удалась: физики опровергли обнаружение новой частицы на Большом адронном коллайдере

Детектор ATLAS, установленный на Большом адронном коллайдере.

Фото Maximilien Brice / Wikimedia Commons.

Восемь месяцев назад физики, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК), обнаружили в экспериментальных данных намёк на совершенно новую частицу. Сообщалось, что в случае подтверждения это открытие затмит знаменитый бозон Хиггса и заставит полностью пересмотреть существующие теории элементарных частиц и сил. Но сенсация не случилась – в новом исследовании учёные провели анализ гораздо бОльшего объёма данных и пришли к выводу, что следы загадочной частицы, скорее всего, являются случайной погрешностью измерений.

На протяжении сорока лет основной теорией, объясняющей электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц остаётся Стандартная модель. Однако эта теория не может считаться полной, потому что не описывает гравитацию, тёмную материю и тёмную энергию.

Бозон Хиггса, обнаруженный в 2012 году, стал последней элементарной частицей, которая была предсказана Стандартной моделью и позже обнаружена экспериментальным путём. Но физики надеются, что неожиданные находки совершенно новых, неизвестных теоретикам частиц помогут разработать более сложные и глубокие модели, дающие ключ к пониманию многих загадочных явлений.

В 2015 году при столкновении протонов физики ЦЕРН (CERN) обнаружили лишние фотоны, которые могли образоваться при распаде неизвестной частицы. Это событие было похоже на распад бозона Хиггса, в результате которого также образовывалось два фотона. Суммарная энергия фотонов показала, что гипотетическая частица может иметь массу 750 гигаэлектронвольт – это в шесть раз больше бозона Хиггса и в четыре раза превосходит массу самой тяжёлой элементарной частицы – топ-кварка.

Однако у учёных сразу появились сомнения в том, что частица действительно существует. Например, физики не заметили других признаков распада, характерных для таких частиц, как бозон Хиггса. Кроме того, исследователи просмотрели данные экспериментов, проведённых на коллайдере в период с 2010 по 2013 год (до того, как комплекс закрыли на ремонт), и не нашли там никаких признаков неизвестной частицы при столкновениях протонов на меньших энергиях.

Тем не менее, вероятность существования чего-то абсолютно нового вызвала большое оживление в научной среде. В этом году на сервере препринтов arXiv.org было опубликовано свыше 400 статей, содержащих предположения о природе вероятной частицы.

Но, увы, в новом докладе две коллаборации специалистов, работающих с инструментами ATLAS и CMS, сообщили, что при сравнении с большим объёмом данных подозрительный пик от распада на два фотона фактически исчез, потеряв всякую статистическую достоверность. В ходе Международной конференции по физике высоких энергий (ICHEP 2016), проходящей в Чикаго, представители CERN отметили, что новый анализ не отрицает вероятность существования такой частицы, но исключает её присутствие в конкретном эксперименте.

Учёные не теряют надежды в ближайшие годы найти нечто новое за пределами Стандартной модели. Необычные частицы встречаются крайне редко, но объём данных, получаемых на БАК, увеличился во много раз по сравнению с предыдущими годами. Исследователи говорят, что сейчас они за неделю получают столько же результатов, как за весь предыдущий год, и вероятность найти что-то необычное в этом потоке информации также возрастает.

Результаты нового анализа доступны на сайте CERN.