Возможно, физики обнаружили новую силу природы

Стандартная модель (СМ) – лучшая на сегодняшний день теория частиц и взаимодействий. Она касается всего, что мы знаем об окружающем нас физическом мире, и к тому же довольно точна. Но результаты новых испытаний на Большом адронном коллайдере (БАК) могут указывать на ее неполноту. Команда исследователей опубликовала статью на сайте препринтов arXiv.org, и ей еще предстоит рецензирование прежде, чем она будет опубликована в официальном научном издании.

СМ описывает три из четырех фундаментальных взаимодействий. Кроме того, она не предоставляет никакого объяснения темной материи, которая преобладает во Вселенной, согласно последним гипотезам, и также не может объяснить каким образом вещество смогло пережить Большой взрыв.

Прелестные кварки (b-кварки) – нестабильные частицы, в среднем существующие в течение примерно 1,5 триллионной секунды до распада на другие частицы. Распад b-кварков можно связать с воздействием на них других частиц и взаимодействий – они «рассыпаются» на маленькие частицы вроде электронов в частности благодаря слабому взаимодействию. Один из способов обнаружения новой силы природы – незначительное изменение частоты распада b-кварков на различные типы частиц.

В статье, опубликованной в марте 2021 года, обсуждался эксперимент на LHCb – одном из четырех гигантских детекторов частиц, регистрирующих результаты столкновений частиц сверхвысоких энергий на БАК. В ней утверждалось, что b-кварки c разной частотой распадались на электроны и их более тяжелых «родственников» — мюоны. Для СМ это было новшеством, так как мюон – это точная копия электрона, разве что в 200 раз тяжелее. То есть, по идее, все силы должны оказывать на электроны и мюоны взаимодействие с равной силой при распаде на них b-кварка.

Однако выяснилось, что распад на мюоны происходил на 15% реже, чем на электроны. Это предполагает присутствие новой силы природы, по-разному воздействующей на электроны и мюоны и, таким образом, влияющей на распад b-кварков.

Все это звучит очень интригующе, но есть одна оговорка: эти результаты пока не определены окончательно. На данный момент, результаты экспериментов имеют погрешность примерно 1 к 1000. Сами физики, занимающиеся изучением элементарных частиц, называют это «тремя сигмами» и считают, что пока еще далеки от достоверного подтверждения своего открытия.

Тем не менее исследователи, работающие на LHCb уверены, что с марта неплохо продвинулись в разгадке неравномерности распадов. Самые последние результаты экспериментов показывают, что распад на мюоны происходит всего на 30% реже, чем на электроны.

Чтобы новые данные были подтверждены, ученым необходимо снизить погрешность до пяти сигм – менее одного шанса на миллион, что это статистическая аномалия.