Аномалия и намек за нова физика

Наскоро в сп. Physical Review Letters са били публикувани резултатите от анализа на детектора LHCb. В експеримента изследователите открили аномалия, която не се вмества в рамките на Стандартния модел – създаден във втората половина на миналия век теоретичен модел за устройството на микроскопичния свят.

Но както смята Иван Беляев, старши научен сътрудник от Института за теоретична и експериментална физика и сътрудник на колаборацията LHCb, истинското значение на този интригуващ резултат не е само в него самия, но и в това, че физиците са успели да открият път към цял нов пласт експерименти, резултатите от които могат да помогнат в изследването на „новата физика“, пише Чердак.

Лептонна универсалност

Една от групите частици в Стандартния модел са лептоните, най-известен от които е електронът. Освен това има още два лептона – тежкия мюон и още по-масивния тау-лептон. Освен по маса трите частици не се различава по нищо друго и във всички разпади на съставни частици би трябвало да се проявяват еднакво (с поправка на масата). Това фундаментално свойство на Стандартния модел се нарича лептонна универсалност.

„На LHCb ние сравнихме разпада на неутралния прелестен мезон на очарователен мезон, тау-лептон и тау-неутрино с разпад на неутралния прелестен мезон на очаревотален мезон, мюон и мюонно неутрино. Всичко трябваше да е еднакво, само с поправка на масата, защото тау-лептонът е по-масивен. Тази поправка лесно се изчислява и се отчита при сравненията. Оказа се, че тези разпади се различават по-силно, отколкото трябва“, разказва Беляев.

По-рано тази аномалия е наблюдавана от учените в други два експеримента – BaBar в американската Национална ускорителна лаборатория SLAC и Belle в японския Изследователски център по физика на високите енергии КЕК.

„Подозрителни“ резултати

„Вероятността всеки от трите независими експеримента да греши не е изключена, но тогава се получава, че и трите експеримента са грешили в една посока и с една и съща величина. Това вече е подозрително“, пояснява физикът.

„Подозрителните“ резултати могат да се обяснят с влиянието на разпада на мезона на частица, подобна на бозона на Хигс, но заредени. Такава частици няма в Стандартния модел, но се появява в разширенията на тази теория.

„Има частица, която пряко е свързана именно са масата, това е Хигс бозонът. Колкото частицата е по-тежка, толкова по-силно тя взаимодейства с него. Ако в нашия разпад някъде се появи Хигс бозон или много подобна на него частица, това ще доведе дотам, че разпадите с тежки лептони и леки ще се различават. И точно този ефект открихме ние“, продължава Беляев.

Още неоткрити

Статистическата достоверност на получения от LHCb резултат е 2,1 стандартни отклонения (сигма). Стандартното отклонение е начин да се измери вариативността на данните. Колкото по-близко е то до нулата, толкова по-малко резултатът се отличава от предсказания, и обратното.

За да се говори с увереност за откриването на процеси, излизащи извън рамките на Стандартния модел, е необходима достоверност 5 сигма. А за да се доведат резултатите до необходимата степен на точност, е необходимо да се събере няколко пъти повече статистика.

Ако се вземе само експериментът LHCb, то по-скоро в близко време това няма да стане, смята Беляев. Но ако се събират данните в съвместна работа с японците, вероятността от получаването на необходимия резултат се повишава съществено.

„Естествено, ще се опитаме да измислим по-удачни решения на тази задача, по-конкретно планираме да разгледаме други разпади“, казва ученият.

Основното значение на получените резултати според Беляев не е това дали ще успеят или няма да успеят да потвърдят откритата аномалия. А в това, че още преди две години учените смятали, че е абсолютно невъзможно на детектора LHCb да се наблюдават разпади от такъв тип, в които се раждат частици плюс неутрино.

„Щом можем да наблюдаваме такива разпади, значи можем да правим още много подобни неща. Значи количеството канали, в които можем да изследваме отклоненията от Стандартния модел, може да бъде увеличено.

За нас се разкрива ново дихание, нови начини да търсим новата физика, за които преди половин година дори не подозирахме“, заключава изследователят.