Коллайдер продолжает "плодить" частицы

Мариуш Витек из Института ядерной физики при Польской академии наук в Кракове и его коллеги, анализируя редкие варианты распада так называемых В-мезонов в Большом адронном коллайдере, обнаружили аномалии, которые могут указывать на существование элементарных частиц ранее неизвестного вида. Об этом сообщила пресс-служба Польской академии наук.

Фото: Источник фото: REX

Особенности мезонов

Группа Витека занималась изучением данных, собранных с помощью детектора LHCb, установленного на Большом адронном коллайдере в Швейцарии. Этот детектор был разработан ЦЕРНом для того, чтобы искать частицы, не вписывающиеся в так называемую Стандартную модель (современную теорию строения и взаимодействий элементарных частиц), например, слишком тяжелых для того, чтобы их можно было фиксировать традиционными средствами. Он помогает исследовать поведение B-мезонов — частиц, в состав которых входят b-кварк и какая-либо другая элементарная частица.

"Мезон" в переводе с древнегреческого означает "средний". Так называют бозоны сильного взаимодействия, имеющие нулевое значение барионного числа. Существование мезонов было предсказано еще до их реального открытия: ученые выдвинули гипотезу, что существуют некие частицы, переносящие силы, связывающие протоны и нейтроны в ядрах атомов.

Мезоны являются "не-элементарными" (составными) частицами, в которые входит равное число кварков и антикварков. Они бывают разных видов, например, пионы, каоны и многие другие, более тяжелые, к которым относятся и В-мезоны.

Первоначально мезонами называли частицы, средние по массе (она должна быть больше, чем у электрона, но меньше, чем у протона). Впервые величина массы мезона была измерена Андерсоном, открывшим в 1937 году вместе с коллегой Неддермайером эту частицу в процессе исследования космических лучей. Ученый использовал свойство заряженных частиц под воздействием магнитного поля отклоняться от изначальной траектории и осуществлять движение по окружности.

Масса мезона оказалась в 207 раз превышающей массу электрона. Вскоре в разряд мезонов попал и мюон, обнаруженный в конце 1930-х годов (его назвали µ-мезоном). Но уже в конце 1940-х физики установили, что мюоны не подвержены сильному взаимодействию и их следует отнести к классу лептонов, к которому относятся и электроны. Первым открытым "настоящим" мезоном, свойства которого отвечали всем теоретически заданным параметрам, оказался пион. Это открытие произошло в 1947 году.

Все мезоны являются нестабильными, они "живут" в среднем лишь около 2×10^-6 степени секунды, после чего распадаются на более легкие частицы — электрон (или позитрон) и два нейтрино. При этом большая часть массы мезонов определяется энергией связи между протонами и нейтронами, а не суммой масс составляющих их частиц.

Аномальный угол

В течение последнего года ученые неоднократно обращали внимание на "отклонения" в процессе распада В-мезонов, которые не укладывались в рамки вышеупомянутой Стандартной модели. Это, в частности, различные "неправильности" в распадах нейтральных и заряженных В-мезонов, а также неоднородная частота распада порождаемых последними электронных частиц — таонов и мюонов. Тем не менее, ни одному из наблюдаемых феноменов не был присвоен статус научного открытия по причине недостаточного количества данных для окончательных выводов.

Группа Витека обнаружила еще одну "странность", фиксируя угол, под которым разлетаются "осколки" В-мезонов при распаде на два мюона. Разработанная учеными собственная методика позволяла им определять углы разлета по отдельности для каждого из продуктов распада, что облегчало задачу, так как определить угол разлета для всех продуктов сразу при малом числе событий довольно сложно.

Физики предположили, что аномалии можно объяснить существованием ранее не учтенной элементарной частицы, аналога Z-бозона. Последний отвечает за перенос слабых взаимодействий. Это может объяснить "сбои" в частоте распада таонов и мюонов.

"Трейлер" от БАКа

Увы, пока Витеку и его коллегам также не светит стать авторами "официального" научного открытия. Дело в том, что статистическая значимость погрешности составляет всего 3,7 сигма (в этих единицах изменяется отклонение от нормы), а для неоспоримых выводов требуется, чтобы погрешность составила 5 сигма или выше. Тем не менее, ученые надеются доказать факт существования "лишней" частицы после того как в апреле БАК выйдет из ежегодного "отпуска" и вновь начнет действовать в режиме полного цикла.

"Если говорить об этом открытии в терминах киноиндустрии, то мы можем сказать, что в прошлом у нас было лишь несколько "утекших" кадров из готовящегося и ожидаемого блокбастера, — заявляет Мариуш Витек. — А теперь, образно выражаясь, БАК подарил и представил нам первый настоящий трейлер".