Фізики знайшли дивовижну подвійність елементарних частинок

Нещодавно в теоретичній фізиці частинок було виявлено нову дивовижну подвійність. Вона існує між двома типами процесів розсіювання, які відбуваються під час зіткнень протонів у Великому адронному колайдері.

На думку вчених, такий зв'язок вказує на теоретичні "пробоїни" Стандартної моделі фізики, які ще потрібно виявити. Наукова стаття опублікована в журналі Physical Review Letters.

Дуальність у фізиці

Поняття дуальності зустрічається в різних галузях фізики. Найвідомішим прикладом, ймовірно, є дуалізм частинка-хвиля у квантовій механіці.

Великий андронний колайдер час від часу дивує фізиківВідомий експеримент із подвійною щілиною показує, що світло поводиться як хвиля, хоча початкова гіпотеза стверджувала про існування "потоку частинок", який можна виміряти.

Насправді, згідно зі Стандартною моделлю, світло одночасно є і тим, і іншим, і третім. Усе залежить від теоретичних "окулярів", які одягає дослідник, а також обраної математичної моделі. Два способи опису мають абсолютно різну інтуїтивну ідею, але все ж - нібито - говорять про одне й те саме.

"Те, що ми зараз виявили, - це аналогічна подвійність", - пояснює Маттіас Вільгельм, доцент Міжнародної академії Нільса Бора. - Ми розрахували передбачення для одного процесу розсіювання і для іншого процесу розсіювання".

Як відомо, поточні розрахунки менш експериментально відчутні, ніж знаменитий експеримент із подвійною щілиною, але між ними існує чітка математична карта, і вона показує, що обидва підходи містять одну й ту саму інформацію. Хоча математичний, а значить і фізичний зв'язок ще належить встановити.

Теорія та експерименти

У Великому адронному колайдері стикається безліч протонів. Вони, своєю чергою, складаються з дрібніших частинок - глюонів і кварків.

Глюони - цеглинки атомывПід час зіткнення два глюони з різних протонів можуть взаємодіяти один з одним, унаслідок чого утворюються нові частинки, що призводить до появи хитромудрих візерунків у детекторах.

Дослідники наносять ці візерунки на карту, а теоретична робота, що проводиться після експериментів, спрямована на математичний опис того, що відбувається. Завдання фізика-теоретика полягає у створенні загальних формулювань, а також у написанні прогнозів, порівнянних із результатами експериментів.

"Ми розрахували процес розсіювання для двох глюонів, які взаємодіють для отримання чотирьох глюонів, а також процес розсіювання для двох глюонів, які взаємодіють для отримання глюона і частинки Гіггса, у дещо спрощеній версії стандартної моделі. На наш подив, ми виявили, що результати цих двох розрахунків пов'язані", - стверджує Вільгельм.

Класичний випадок дуальності. Відповідь на запитання про те, наскільки ймовірний один процес розсіювання, містить у собі відповідь на інше запитання: наскільки ймовірний інший процес розсіювання?

"Дивина цієї подвійності полягає в тому, що ми не знаємо, чому існує зв'язок між двома різними процесами розсіювання. Ми змішуємо дві абсолютно різні фізичні властивості двох пророцтв, і ми бачимо зв'язок, але не знаємо, де знаходиться цей зв'язок", - каже Маттіас Вільгельм.

Принцип подвійності

Згідно з сучасними уявленнями, аналізовані явища не повинні бути пов'язані одне з одним. Однак на фізиків ще чекає чимало роботи: нестандартний вибір між "рахувати" і "експериментувати" набуває фундаментального характеру.

Сюрпризи завжди означають, що є щось, чого ми не розуміємо. Після відкриття частинки Хіггса у 2012 році не було виявлено жодних нових, сенсаційних частинок.

Зараз ми сподіваємося виявити нову фізику, роблячи дуже точні передбачення власних очікувань, а потім порівнюємо їх, намагаючись знайти відхилення. Так відбуваються відкриття у фізиці частинок

Нам потрібна більша точність, як експериментальна, так і теоретична. І важчі розрахунки, відповідно.

Проблема в тому, що вимірювання вимагають початкової інтерпретації: що говорять цифри або візерунки на екрані монітора? Теоретики можуть розписати математично збіжну теорію, але саме первісна інтерпретація задає базовий вектор теоретизування. Ось у чому питання.

Джерело: phys.org

Написати коментар