Експеримент повністю реконструйований. Частинки, ідентифіковані як піони, каони тощо, показані різними кольорами. Авторство: CERN, LHCb Collaboration
Результати, оголошені експериментом на Великому адронному колайдері (LHCb), о CERN виявили додаткові натяки на явища, які не можна пояснити нашою поточною теорією фундаментальної фізики.
У березні 2020 року той же експеримент опублікував докази того, що частинки порушують один із основних принципів Стандартне виконання – наша найкраща теорія частинок і сил – припускає можливе існування нових фундаментальних частинок і сил.
тепер, подальші вимірювання фізики з Кевендішської лабораторії в Кембриджі виявили подібні ефекти, підтримуючи аргументи для нової фізики.
«Той факт, що ми побачили такий самий ефект, як і наші колеги в березні, безумовно, підвищує шанси на те, що ми справді можемо бути на порозі відкриття чогось нового». — Гаррі Кліфф
Стандартна модель описує всі відомі частинки, з яких складається Всесвіт, і сили, через які вони взаємодіють. Він пройшов усі експериментальні випробування на сьогоднішній день, але фізики знають, що він повинен бути неповним. Він не включає силу тяжіння, а також не може пояснити, як утворилася матерія під час великий вибух, і не містить частинок, які могли б пояснити таємничу темну матерію, яка, за словами астрономії, у п’ять разів більша, ніж речовина, з якої складається видимий світ навколо нас.
У результаті фізики вже давно шукають ознаки фізики за межами Стандартної моделі, які могли б допомогти нам вирішити деякі з цих таємниць.
Один з кращих способів пошук Для нових частинок і сил є вивчення частинок, відомих як кварки краси. Це екзотичні родичі верхніх і низхідних кварків, які складають ядро кожного атом.
Кварки краси не існують у великій кількості в навколишньому світі, оскільки вони неймовірно недовговічні – виживають у середньому лише трильйонну частку секунди, перш ніж перетворитися або розпатися на інші частинки. Однак гігантський прискорювач елементарних частинок ЦЕРН, Великий адронний колайдер, щороку виробляє мільярди кварків краси, які реєструє спеціально створений детектор під назвою LHCb.
Спосіб розпаду кварків краси може залежати від існування невідомих сил або частинок. У березні команда фізиків з LHCb оприлюднила результати, які свідчать про те, що кварки краси розпадаються на частинки, звані мюонами, рідше, ніж на своїх легших родичів, електрони. Це неможливо пояснити в Стандартній моделі, яка розглядає електрони та мюони однаково, за винятком того факту, що електрони приблизно в 200 разів легші за мюони. У результаті кварки краси повинні розпадатися на мюони та електрони з однаковою швидкістю. Натомість фізики з LHCb виявили, що розпад мюонів відбувався лише приблизно на 85% частіше, ніж розпад електронів.
Різниця між результатом LHCb і стандартною моделлю становила приблизно три одиниці експериментальної похибки, або «3 сигми», як це відомо у фізиці елементарних частинок. Це означає, що ймовірність того, що результат спричинений статистичною випадковістю, становить лише один із тисячі.
Якщо припустити, що результат правильний, найвірогідніше пояснення полягає в тому, що нова сила, яка притягує електрони та мюони з різною силою, заважає розпаду цих кварків краси. Однак, щоб переконатися, що ефект справжній, потрібно більше даних, щоб зменшити експериментальну похибку. Лише тоді, коли результат досягне порогу «5 сигм», коли ймовірність того, що це випадково, менше одного з мільйона, фізики елементарних частинок почнуть вважати це справжнім відкриттям.
«Той факт, що ми спостерігали такий самий ефект, як і наші колеги в березні, безсумнівно, підвищує шанси на те, що ми справді можемо бути на порозі відкриття чогось нового», — сказав доктор Гаррі Кліфф з Кавендішської лабораторії. «Чудово пролити трохи більше світла на головоломку».
Сьогоднішнє результат досліджував два нових розпади кварків краси з того самого сімейства розпадів, які використовувалися в березневому результаті. Команда виявила той самий ефект – розпади мюонів відбувалися лише приблизно на 70% частіше, ніж розпади електронів. Цього разу похибка більша, тобто відхилення становить близько «2 сигм», тобто існує трохи більше 2% ймовірності того, що це сталося через статистичні відхилення в даних. Хоча сам по собі результат не є переконливим, він додає додаткову підтримку зростаючій купі доказів того, що існують нові фундаментальні сили, які очікують свого відкриття.
«Ажіотаж навколо Великого адронного коллайдера зростає саме тоді, коли оновлений детектор LHCb збирається ввімкнути та збираються додаткові дані, які нададуть необхідну статистику, щоб стверджувати або спростувати велике відкриття», — сказав професор Вел Гібсон, також з Кавендішська лабораторія.
