Стандартная модель физики элементарных частиц устарела

Подорваны основы физики частиц

Недавнее открытие группы ученых во главе с Жоакимом Матиасом впервые серьезно поколебало основу современной физики частиц, а именно — Стандартную модель. Исследователям удалось предсказать нестандартный вариант распада частицы B-мезона, который данная модель не учитывает. Более того, практически сразу их догадки были подтверждены экспериментально.

Фото:

Следует заметить, что в последнее время физики, занимающиеся изучением элементарных частиц, все чаще говорят о том, что этой дисциплине уже стало тесновато в рамках привычной всем Стандартной модели. Действительно, уже зарегистрировано много явлений, которые в ее рамках объяснить сложно. Например, эта модель не может предсказать, какие частицы могут составлять темную материю, а также не дает ответа на вопрос, который уже давно мучает ученых — почему в нашей Вселенной вещества больше, чем антивещества (барионная асимметрия). Да и эрзионная интерпретация процесса холодной трансмутации ядер, о которой мы не так давно писали, тоже выходит за пределы "действия" той самой Стандартной модели.

Тем не менее, все-так большинство физиков до сих пор придерживаются именно этого способа объяснения загадочной жизни элементарных частиц. Отчасти из-за того, что пока ничего лучшего никто не создал, отчасти же потому, что большая часть предсказаний Стандартной модели все-таки имеет экспериментальное подтверждение (чего нельзя сказать об альтернативных гипотезах). Более того, до последнего времени найти в экспериментах серьезные отклонения от этой модели все-таки не удавалось. Впрочем, похоже не так давно это все-таки случилось. Подобное может означать рождение совершенно новой теории физики частиц, согласно которой нынешняя Стандартная модель будет выглядеть частным случаем — так же, как ньютоновская теория всемирного тяготения выглядит частным случаем гравитации в рамках общей теории относительности.

А началось все с того, что международная группа физиков во главе с Жоакимом Матиасом сделали несколько предсказаний о том, какие именно отклонения по вероятности распада B-мезона могут расходиться со Стандартной моделью и свидетельствовать о новой физике. Напомню, что B-мезоном называют частицу, состоящую из b-кварка и d-антикварка. Согласно положениям Стандартной модели, эта частица может распадаться на мюон (отрицательно заряженная частица, по сути дела — очень тяжелый электрон) и антимюон, хотя вероятность подобного события не слишком велика. Тем не менее, в прошлом году на конференции в Киото физики, работающие на Большом адронном коллайдере сообщили, что им удалось зафиксировать следы подобного распада (причем с той вероятностью, что и была предсказана теоретически).

Группа Матиаса же посчитала, что этот мезон должен распадаться несколько по другому — на пару мюонов и неизвестную пока что частицу K*, которая почти сразу распадается на каон и пион (два более легких мезона). Примечательно, что о результатах своих изысканий ученые доложили 19 июля на собрании Европейского физического общества и следующий же докладчик из тех, кто выступал на данном мероприятии (это был физик Николя Серра из коллаборации LHCb с Большого адронного коллайдера) сообщил, что его группе удалось зафиксировать следы таких распадов. Более того, экспериментальные результаты группы Серра практически полностью совпали с отклонениями, предсказанными в докладе доктора Матиаса и его соавторов!

Интересно, что физики оценивают эти результаты со статистической значимостью в 4,5σ, а это означает, что достоверность описанного события весьма и весьма велика. Напомню, что экспериментальные свидетельства в три σ рассматриваются как результаты существенной значимости, а пять σ считаются вполне себе состоявшимся открытием — именно такое значение достоверности было присвоено результатам прошлогодних экспериментов, которые наконец-то обнаружили следы существования бозона Хиггса.

Тем не менее, сам доктор Матиас считает, что пока не стоит спешить с выводами. "Для подтверждения этих результатов потребуются дополнительные теоретические исследования, равно как и новые замеры. Однако если наши выводы действительно верны, мы окажемся перед лицом первого прямого подтверждения существования новой физики — теории более общей, чем общепринятая Стандартная модель. Если бозон Хиггса позволил наконец-то сложить пазл Стандартной модели, то эти результаты могут быть первым кусочком нового пазла — куда большего размера" — говорит ученый.

Читайте также: Новая частица или адронная молекула?

В то же время интерес к результатам работы Матиаса и экспериментов Серра оказался столь велик, что коллаборация CMS (другая команда, работающая на БАК) пригласила доктора Матиаса для пояснения теоретических деталей его работы на семинар, посвященный проверке результатов своих коллег из LHCb. В то же время последние продолжают сбор новых данных для накопления дополнительной статистики, способной подтвердить эти результаты к марту 2014 года. И если все подтвердиться, то тогда следующий год можно будет объявить датой рождения новой модели физики элементарных частиц…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"