Ученые, возможно, открыли новую силу природы

Сергей Мануков
корреспондент Expert.ru
21 октября 2021, 11:41
EPA

Стандартная модель классической физики, которая, как всегда казалось, описывает свойства всех элементарных частиц, не в состоянии объяснить результаты экспериментов на детекторе LHCb Большого адронного коллайдера CERN. Впервые подобный «необъяснимый» эксперимент был проведен полтора года назад. Тогда, в марте 2020 года, были получены свидетельства существования частиц, которых согласно Стандартной модели в природе, т.е. во вселенной, быть не должно.

Сейчас, после того, как точно такие же результаты получили физики лаборатории Кавендиша в Кембридже, разговоры о появлении Новой физики вспыхнули с новой силой. Классическая или фундаментальная физика, конечно, объясняет все известные нам элементарные частицы, существующие во вселенной, но физики не один год знали, что она не может объяснить, например, как в результате Большого взрыва появилась материя. Не в состоянии она объяснить и таинственную темную материю, которой, как утверждают астрономы, в пять раз больше той материи, из которой состоит видимый мир вокруг нас.

Результатом такой неопределенности стали многолетние поиски физики, отличной от Стандартной модели, в надежде, что она поможет объяснить хотя бы часть тайн и загадок.

Эффективнее и проще всего искать новые частицы и силы, изучая бьюти-кварки (В-кварки), «родственников» известных физикам кварков, из которых состоят ядра всех атомов.

В-кварков в нашем мире крайне мало, потому что живут они очень недолго и через триллионную долю секунды или распадаются на другие частицы, или вообще исчезают. Легче всего изучать свойства бьюти-кварков на Большом адронном коллайдере, который ежегодно производит миллиарды этих частиц. На их распад может влиять существование неизвестных сил и/или частиц.

В марте прошлого года группа ученых опубликовала результаты эксперимента на детекторе LHCb, из которых следовало, что В-кварки реже распадаются на мюоны, чем на их более легкие версии – электроны. Стандартная модель такую избирательность бьюти-кварков объяснить не в состоянии. В ней мюоны и электроны отличаются лишь весом: электроны приблизительно в 200 раз легче. Поэтому согласно Стандартной модели бьюти-кварки должны распадаться на мюоны и электроны в одинаковых количествах. Однако физики, работающие на LHCb, утверждают, что в их опыте В-кварки распадались на электроны на 15% чаще, чем на мюоны.

Разница в результатах опыта на LHCb с законами Стандартной модели составляет приблизительно три единицы экспериментальной ошибки или, как это называется в физике частиц, 3 сигмы. Если проще, то это значит, что существует приблизительно один шанс из тысячи того, что результат загадочного эксперимента объясняется статистической погрешностью.

Если предположить, что физики не ошиблись, то наиболее логичным объяснением необъяснимого эксперимента является существование таинственной силы, которая по-разному действует на электроны и мюоны и которая влияет на процесс распада В-кварков.

Конечно, для окончательного устранения возможности совершения экспериментальной ошибки, необходимо больше данных, т.е. экспериментов. При достижении порога 5 сигм, когда доля вероятности не дотягивает и до одной миллионной, результаты опытов можно считать настоящим открытием.

«Получение нами тех же результатов, что были у наших коллег в марте,- говорит профессор Гарри Клифф из лаборатории Кавендиша,- увеличивает шансы того, что мы вплотную подошли к открытию чего-то по-настоящему нового…»

В ходе октябрьского эксперимента анализировался распад двух бьюти-кварков того же вида, что использовались полутора годами ранее. Британские физики подсчитали, что на электроны они распадаются на 30% чаще, чем на мюоны. В этот раз ошибка больше. Это означает, что отклонение было около двух сигм. Т.е. вероятность статистической погрешности немногим более 2%.

Сам по себе этот вывод, конечно, не является окончательным и решающим, но он добавляет в копилку новые факты, говорящие, что физики столкнулись с неизвестными силами, которые им предстоит найти.