Исследователи разглядели «новую физику» в результатах экспериментов с лептонами

Накопительное кольцо японского ускорителя KEKB. Фото: Mike Procario / Flickr / CC BY-ND 2.0
Накопительное кольцо японского ускорителя KEKB. Фото: Mike Procario / Flickr / CC BY-ND 2.0

Международная группа ученых утверждает, что элементарные частицы из семейства лептонов с большой вероятностью ведут себя совсем не так, как это предписано им Стандартной моделью — общепринятой теорией, которая сегодня описывает мир элементарных частиц.

Стандартная модель, описывающая взаимодействия 37 элементарных частиц, с начала века подвергается постоянным проверкам на состоятельность. Физики надеются, что cмогут найти убедительные свидетельства нарушений этой теории, на основе которых можно будет построить то, что сегодня называется «новой физикой». Существует несколько указаний на нарушения Стандартной модели, однако ни одно из них не наблюдалось с достаточной достоверностью. Она измеряется в сигма (стандартных отклонениях) и минимум, необходимый для заявки на открытие, — 5 сигма.

Нарушение, о котором идет речь в работе группы ученых во главе с исследователям из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, называется лептонной универсальностью. Одним из фундаментальных допущений, на которых строится Стандартная модель, является свойство лептонов одинаково вести себя в реакциях с другими частицами, независимо от их массы и времени жизни. Многочисленные эксперименты с распадами, включающими в себя легкие лептоны — электрон и мюон, — полностью подтверждают лептонную универсальность. С тяжелыми лептонами экспериментировать сложней из-за очень короткого времени их жизни. Команда из Санта-Барбары, проводившая эксперименты на Национальном ускорителе SLAC, обнаружила, что при распаде В-мезона лептонная универсальность не соблюдается — при столкновениях с его участием чаще рождались тау-лептоны, чем электроны и мюоны, что противоречило лептонной универсальности. Однако достоверность их результатов оказалась мала, и тогда физики стали изучать схожие эксперименты, проводившиеся на японском ускорителе KEKB и Большом адронном коллайдере.

Линейный ускоритель SLAC с высоты птичьего полета. Фото: Peter Kaminski / United States Geological Survey / Public Domain

Самые достоверные результаты — 2,5 сигмы — дал эксперимент на БАК. Объединив данные трех экспериментов, ученые вышли на достоверность в 4 сигмы. Ученые не знают, что конкретно будет означать для Стандартной модели нарушение лептонной инвариантности, но сначала нужно доказать, что она реальна, то есть продолжать эксперименты и добиться достоверности в заветные 5 сигма.

Статья опубликована в журнале Nature.

Теги:

Читать еще на Чердаке: