Редкие распады частиц могут стать окном в новую физику

Физики ускоряли протоны и сталкивали их с мишенью, добиваясь образования новых частиц.

Фото CERN.

Учёные обнаружили два чрезвычайно редких события, которые помогут проверить стандартные представления об элементарных частицах и, возможно, выйти за пределы известной физики.

Речь идёт об экзотическом процессе: распаде положительно заряженного каона на положительно заряженный пион и пару из нейтрино и антинейтрино.

Время жизни положительно заряженного каона – порядка стомиллионной доли секунды. После этого он распадается на другие частицы. Стандартная модель физики элементарных частиц прогнозируют, что лишь примерно один из десяти миллиардов каонов распадётся на упомянутые выше частицы. Погрешность прогноза при этом составляет менее 10%.

Это довольно большая точность для подобных расчётов. Если в эксперименте подобный распад будет фиксироваться чаще или реже, чем требует теория, это будет означать долгожданное открытие явления, не укладывающегося в рамки Стандартной модели.

Физики из коллаборации NA62 Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) три года наблюдали за подобными распадами. В исследовании участвовали около 200 учёных из 27 научных организаций.

На ускорителе SPS экспериментаторы генерировали пучки протонов, которые направляли на бериллиевую мишень. В результате таких бомбардировок возникал почти миллиард новых частиц в секунду. Около 6% из них составляли каоны.

В 2018 году группа NA62 сообщила о результатах обработки данных за 2016 год. За это время физики наблюдали около ста миллиардов распадов положительных каонов. Один из них удовлетворял всем условиям, которые определили для себя учёные, чтобы не допустить ошибку. Вероятно, он являлся тем самым долгожданным распадом на положительный пион, нейтрино и антинейтрино.

Напомним: теория предполагает, что такое событие происходит один раз на десять миллиардов распадов, а не на сто миллиардов. Означает ли это, что Стандартная модель не сработала, и пора создавать новую физику?

Разумеется, нет. Ведь теория прогнозирует лишь среднее значение случайной величины. Можно привести такую аналогию. Если долго подбрасывать монетку, средняя частота выпадения реверса ("орла") будет равна ½. Но именно средняя по большому числу бросков. В первых десяти испытаниях реверс вполне может выпасть четыре или шесть, а то и семь раз. Более того, исследователь, часто имеющий дело со случайными процессами, без труда отличит подлинно случайные данные от их имитации неопытным человеком. Последний очень старается, чтобы "орлы" не выпадали подряд слишком часто, в то время как монета куда более "легкомысленна".

Поэтому специалистам требовалось больше информации. Тогда физики объединили результаты 2016 года с почти вдесятеро большим объёмом данных, полученным в 2017 году. Результаты этой работы были представлены на семинаре CERN и опубликованы на сайте отделения экспериментальной физики организации.

В данных 2017 года эксперты нашли ещё два события, которые, предположительно, являются теми самыми неуловимыми распадами. Объединив результаты двух лет измерений, учёные вычислили, что такое событие происходит не чаще чем 2,44 раза на 10 миллиардов распадов.

Эти результаты не опровергают Стандартную модель. Они совместимы с её прогнозом "1 к 10 миллиардам", так как 2,44 раза – это оценка сверху. Зато они позволяют отбросить варианты новых физических теорий, предполагавшие значительно более частый распад положительного каона на упомянутые частицы.

"Это большое достижение, и мы будем опираться на него. Отточив нашу экспериментальную технику, мы теперь исследуем способы её совершенствования с использованием набора данных, полученного в 2018 году, – говорит пресс-секретарь CERN Кристина Лаццерони (Cristina Lazzeroni). – Набор данных 2018 года в два раза больше набора данных 2017 года, поэтому он должен позволить нам найти больше событий и более точно проверить Стандартную модель".

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о возможном предвестнике новой физики, полученном при помощи БАК, находке долгожданных частиц и неуловимом распаде бозона Хиггса.