Эксперимент полностью реконструирован. Частицы, идентифицированные как пионы, каоны и т. д., показаны разными цветами. Авторы и права: ЦЕРН, LHCb Collaboration
Результаты, объявленные экспериментом на Большом адронном коллайдере (LHCb) в CERN открыли дальнейшие намеки на явления, которые не могут быть объяснены нашей нынешней теорией фундаментальной физики.
В марте 2020 года в том же эксперименте были обнаружены доказательства того, что частицы нарушают один из основных принципов теории. Стандартное исполнение – наша лучшая теория частиц и сил, предполагающая возможное существование новых фундаментальных частиц и сил.
Теперь, дальнейшие измерения физики из Кембриджской Кавендишской лаборатории обнаружили аналогичные эффекты, подкрепляя аргументы в пользу новой физики.
«Тот факт, что мы наблюдаем тот же эффект, что и наши коллеги в марте, безусловно, повышает шансы на то, что мы действительно можем оказаться на грани открытия чего-то нового». — Гарри Клифф
Стандартная модель описывает все известные частицы, составляющие Вселенную, и силы, посредством которых они взаимодействуют. На сегодняшний день он прошел все экспериментальные испытания, и все же физики знают, что он должен быть неполным. Он не включает в себя силу гравитации и не может объяснить, как материя была произведена во время Большой взрыв, и не содержит частиц, которые могли бы объяснить таинственную темную материю, которая, согласно астрономии, в пять раз более распространена, чем вещество, из которого состоит видимый мир вокруг нас.
В результате физики уже давно охотятся за признаками физики за пределами Стандартной модели, которые могли бы помочь нам разобраться с некоторыми из этих загадок.
Один из лучших способов по области применения для новых частиц и сил является изучение частиц, известных как кварки красоты. Это экзотические родственники верхних и нижних кварков, составляющих ядро каждого атом.
Кварки красоты не существуют в большом количестве в окружающем мире, поскольку они невероятно недолговечны — выживают в среднем всего одну триллионную долю секунды, прежде чем трансформироваться или распасться на другие частицы. Тем не менее, миллиарды красивых кварков производятся каждый год на гигантском ускорителе частиц ЦЕРНа, Большом адронном коллайдере, которые регистрируются специально созданным детектором под названием LHCb.
На то, как распадаются кварки красоты, может влиять существование неизвестных сил или частиц. В марте группа физиков LHCb опубликовала результаты, свидетельствующие о том, что кварки красоты распадаются на частицы, называемые мюонами, реже, чем на своих более легких собратьев, электронов. Это невозможно объяснить в Стандартной модели, которая рассматривает электроны и мюоны одинаково, за исключением того факта, что электроны примерно в 200 раз легче мюонов. В результате красивые кварки должны распадаться на мюоны и электроны с одинаковой скоростью. Вместо этого физики LHCb обнаружили, что распад мюона происходит примерно на 85% чаще, чем распад электрона.
Разница между результатом LHCb и Стандартной моделью составляла около трех единиц экспериментальной ошибки, или «3 сигма», как это известно в физике элементарных частиц. Это означает, что вероятность того, что результат будет вызван статистической случайностью, составляет всего один шанс из тысячи.
Если предположить, что результат правильный, наиболее вероятное объяснение состоит в том, что новая сила, которая притягивает электроны и мюоны с разной силой, мешает тому, как распадаются эти красивые кварки. Однако, чтобы убедиться, что эффект реален, необходимо больше данных, чтобы уменьшить экспериментальную ошибку. Только когда результат достигает порога «5 сигм», когда вероятность того, что он вызван случайностью, составляет менее одного на миллион, физики элементарных частиц начнут считать его подлинным открытием.
«Тот факт, что мы наблюдаем тот же эффект, что и наши коллеги в марте, безусловно, повышает шансы на то, что мы действительно можем оказаться на грани открытия чего-то нового», — сказал доктор Гарри Клифф из Кавендишской лаборатории. «Здорово пролить немного больше света на загадку».
Сегодня результат исследовали два новых распада красивых кварка из того же семейства распадов, которые использовались в мартовском результате. Команда обнаружила тот же эффект — распад мюона происходил примерно на 70% чаще, чем распад электрона. На этот раз ошибка больше, а это означает, что отклонение составляет около «2 сигм», что означает, что вероятность того, что это связано со статистической причудой данных, составляет чуть более 2%. Хотя результат сам по себе не является окончательным, он добавляет дополнительную поддержку к растущему количеству свидетельств того, что существуют новые фундаментальные силы, ожидающие своего открытия.
«Возбуждение на Большом адронном коллайдере растет как раз в тот момент, когда модернизированный детектор LHCb вот-вот будет включен и будут собраны дополнительные данные, которые обеспечат необходимую статистику, чтобы либо заявить, либо опровергнуть крупное открытие», — сказал профессор Вэл Гибсон, также из Кавендишская лаборатория.
