Нові результати експерименту на ВАК кидають виклик провідній теорії фізики

Колаборація LHCb у ЦЕРНі виявила, що частинки поводяться не так, як слід поводитися згідно з ведучою теорією фізики частинок — Стандартною моделлю.

Про це повідомляють в Імперському коледжі Лондона.

Стандартна модель фізики частинок передбачає, що частинки, звані b-кварками (також їх називають б’юті-кварками, або кварками краси), які вимірюються в експерименті LHCb, повинні розпадатися або на мюони, або на електрони у рівній мірі. Однак, новий результат свідчить про те, що цього може не відбуватися, що може вказувати на існування нових частинок або взаємодій, що не можна пояснити Стандартною моделлю.

Фізики з Імперського коледжу Лондона та Брістольського і Кембриджського університетів провели аналіз даних для отримання цього результату за фінансування Ради з питань науки і технологій. Результат був оголошений сьогодні на конференції Moriond Electroweak Physics та опублікований у якості препринту.

Поза Стандартною моделлю

Стандартна модель - це найкраща поточна теорія фізики частинок, що описує всі відомі фундаментальні частинки, з яких складається наш Всесвіт, та сили, з якими вони взаємодіють.

Однак, Стандартна модель не може пояснити деякі найглибші таємниці сучасної фізики, включаючи те, з чого створена темна матерія, і дисбаланс матерії та антиматерії у Всесвіті.

Тому дослідники шукають частинки, що поводяться іншим чином, ніж можна було б очікувати у Стандартній моделі, щоб допомогти пояснити деякі з цих таємниць.

Доктор Мітеш Патель з Департаменту фізики в Імперіалі і один з провідних фізиків, що займається вимірюваннями, сказав: “Нас дійсно трусило, коли ми вперше подивилися на результати, ми були так схвильовані. Наші серця билися трохи швидше”

“Поки що рано говорити, чи справді це відхилення від Стандартної моделі, але потенційні наслідки такі, що ці результати є найбільш захоплюючою справою, яку я зробив за останні 20 років у цій галузі. Довгий шлях знадобився, щоб до цього добратися”, - додав він.

Будівельні блоки природи

Сьогоднішні результати були отримані в результаті експерименту LHCb, одному з чотирьох величезних детекторів частинок на Великому адронному колайдері  (ВАК) в ЦЕРНі.

ВАК — найбільший у світі і найпотужніший колайдер частинок — він прискорює субатомні частинки майже до швидкості світла, перш ніж розбити їх одна об одну. Ці зіткнення виробляють сплеск нових частинок, які фізики потім фіксують і вивчають, щоб краще зрозуміти основні будівельні блоки природи.

Оновлене вимірювання ставить під сумнів закони природи, які однаково ставляться до електронів та їх важчих двоюрідних братів, мюонів, за винятком невеликих відмінностей через їх різну масу.

Відповідно до Стандартної моделі, мюони та електрони взаємодіють з усіма силами однаково, тому b-кварки, створені в LHCb, повинні розпадатися на мюони так само часто, як і на електрони.

Але ці нові вимірювання дозволяють припустити, що розпад може відбуватися з різною швидкістю, що може припустити, що ніколи раніше не бачені частинки відхиляють ваги від мюонів.

Аспірант Імперіалу Даніель Мойзе, який зробив перше оголошення про результати на конференції Moriond Electroweak Physics, сказав: “Результат пропонує інтригуючий натяк на нову фундаментальну частинку або силу, яка взаємодіє таким чином, як це не вдається частинам, відомим в даний час науці”.

“Якщо це підтвердять подальші вимірювання, це матиме глибокий вплив на наше розуміння природи на найбільш фундаментальному рівні”, - зазначив Мойзе.

Не упущений висновок

У фізиці елементарних частинок золотим стандартом для відкриття є п'ять стандартних відхилень — це означає, що ймовірність отримання результату складає 1 на 3,5 мільйонів випадковостей. Даний результат з трьома відхиленнями — це означає, що все ще існує шанс 1 на 1000, що вимірювання є статистичним збігом. Тому занадто рано робити якісь тверді висновки.

Доктор Майкл Макканн, який також відіграв провідну роль в Імперській команді, сказав: “Ми знаємо, що там повинні бути нові частинки, щоб їх відкрити, тому що наше сучасне розуміння Всесвіту не відповідає дійсності у багатьох відношеннях — ми не знаємо, з чого складається 95 % Всесвіту, або чому існує такий великий дисбаланс між матерією та антиматерією, і ми також не розуміємо закономірностей у властивостях частинок, про які ми знаємо”.

“Хоча нам доведеться чекати підтвердження цих результатів, я сподіваюся, що колись ми можемо озирнутися на це як на переломний момент, де ми почали відповідати на деякі з цих фундаментальних питань”, - підкреслив Макканн.

Тепер, колаборація LHCb має продовжити перевірку своїх результатів шляхом збору та аналізу більшої кількості даних, щоби подивитися, чи залишаються докази якихось нових явищ. Очікується, що експеримент LHCb почне збирати нові дані наступного року після оновлення детектора.