В начале этого года ряд экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) показал удивительные результаты – оказалось, что кварки превращаются в другие частицы под воздействием неизвестной силы. Иными словами, полученные данные свидетельствуют о возможном существовании новой фундаментальной силы природы, что ставит под сомнение основные принципы Стандартной модели – наиболее общепринятой физической теории, описывающей все, что мы знаем о материи, составляющей окружающий мир. Но так как ученые – люди осторожные, говорить о «крахе Стандартной модели» или новой силе природы рано – необходимо больше исследований и больше доказательств. И все же, работа физиков из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), которая предрекает скорый конец нашим представлениям о физике, вдохновила ученых из Кембриджского университета, да так, что те доказали наличие постоянной аномалии в мире мельчайших элементарных частиц: неизвестная науке сила природа действительно ожидает своего часа, чтобы объяснить квантовую гравитацию, Большой взрыв, темную материю и в конечном итоге создать Теорию всего.
Последние исследования предполагают существование новой фундаментальной силы природы, которая, если будет доказана, приведет к революции в современной физике
Стандартная модель физики элементарных частиц
Разговоры о появлении новой физики ведутся не первый год. На самом деле, исследователи предсказывали существование Бозона Хиггса еще в 1960-х годах ХХ века, однако обнаружить частицу удалось лишь в 2012 году. Теперь же внимание физиков приковано к неуловимым и нестабильным частицам под названием B-мезон.
В-мезоны представляют собой парные нестабильные кварки, которые движутся вместе и быстро распадаются. Как предполагает Стандартная модель физики частиц, элементарные кирпичики материи – шесть видов лептонов и шесть сортов (иногда говорят ароматов) кварков. Все вместе эти частицы называются фермионами. Все больше исследований физики элементарных частиц проводятся в ЦЕРН на БАК.
В-мезоны – неуловимые и нестабильные парные кварки, которые движутся вместе и быстро распадаются.
Большой адронный коллайдер в ЦЕРН позволяет физикам изучать взаимодействия элементарных частиц
По сути, физики из ЦЕРН заняты «прогоном» элементарных частиц и их столкновением друг с другом на Большом адронном коллайдере. Эти эксперименты позволяют обнаружить ранее неизвестные свойства нейтронов, протонов и электронов.
По мнению некоторых исследований, в ближайшие пару лет физики окончательно смогут подтвердить наличие новой силы природы. Напомню также, что Большой адронный коллайдер достигает в длину 100 километров, а диаметр этого гигантского ускорителя частиц превышает 25 км.
Подробнее о том, какие именно эксперименты позволили ученым сделать вывод о присутствии неизвестного фактора при взаимодействии элементарных частиц мы рассказывали здесь, рекомендую к прочтению.
Доказательства «новой физики»
Итак, существующие на сегодняшний день данные сподвигли исследователей оценить существование до сих пор неизвестной силы, которая влияет на то, как кварки превращаются в другие частицы. Работа ученых из Кембриджа, по сути, является продолжением предыдущего исследования физиков из ЦЕРН, опубликованного в марте прошлого года – физикам удалось обнаружить неожиданное поведение некоторых прелестных b-кварков.
Стандартная модель гласит, что этот аромат кварков должен распадаться на равные количества электронов и мюонов, когда те подвергаются процессу распада. Однако эксперимент LHCb обнаружил, что этот процесс производит больше электронов, чем мюонов.
Новая физика маячит на горизонте
Оказалось, что распад мюона происходит только при 85% частоты распада электрона. Исследователи отмечают, что полученный результат вряд ли может быть случайностью.
Для ученых эти результаты означают, что еще не обнаруженная частица, которую они назвали лептокварком – считается, что она влияет на процесс распада и способствует образованию этих дополнительных электронов, что – если подтвердится – приведет к краху Стандартной модели.
Больше по теме: У Вселенной может быть пятое измерение
Эти прелестные кварки
Но вернемся к нашим баранам, то есть кваркам. Измерения, проведенные физиками из Лаборатории Кавендиша Кембриджского университета, показали аналогичные результаты. В ходе работы физики изучили два новых распада кварков – тех, что использовались в работе исследователей из ЦЕРН. Команда получила тот же результат, но с некоторыми различиями в распаде мюонов.
Как объясняют авторы научной работы, одним из лучших способов поиска новых частиц и сил является изучение b-кварков – экзотических кузенов верхних и нижних кварков, которые составляют ядро каждого атома.
Ранее физики из ЦЕРН сообщили об обнаружении нового типа частиц – тетракварков
Хотя b-кварки не существуют в больших количествах естественным образом, Большой адронный коллайдер способен производить миллиарды из них каждый год и все они регистрируются специально разработанным детектором под названием LHCb. Именно на распад b-кварков может влиять неизвестная сила природы или частица. И оба проведенных эксперимента бросают вызов Стандартной модели.
Хотите всегда быть в курсе последних открытий в области физики элементарных частиц и квантовых технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram! Так вы точно не пропустите ничего интересного!
В ближайшие год-два мы должны многое узнать о фундаментальных законах Вселенной
Тот факт, что мы наблюдали тот же эффект, что и наши коллеги в марте, безусловно, увеличивает вероятность того, что мы действительно находимся на грани открытия чего-то нового», – отмечает один из исследователей Гарри Клифф.
Хотя результаты, о которых мы говорили в этой статье не являются окончательными, обе научные работы представляют больше доказательств того, что во Вселенной существует неизвестная нам фундаментальная сила природы. Или частица. И она ждет, пока мы ее откроем.
