Главная Новости Новая физика: принципы Стандартной модели будут пересмотрены?

Новая физика: принципы Стандартной модели будут пересмотрены?

Мне, как физику, работающему на Большом адронном коллайдере, часто задают один и тот же вопрос: "Когда вы собираетесь что-то найти?"

Саркастически можно ответить в духе "помимо бозона Хиггса, получившего Нобелевскую премию, и целого ряда новых частиц?"

Однако я понимаю, что причина сомнений кроется в том, как мы представляем прогресс в квантовой физике.

Мы часто говорим о прогрессе с точки зрения открытия новых частиц, и это правильно. Изучение новой, очень тяжелой частицы помогает увидеть глубинные физические процессы - без раздражающего фонового шума. И заодно объяснить ценность открытия общественности и политикам.

Однако недавняя серия точных измерений уже известных, стандартных частиц грозила потрясениями всей физики. Поскольку БАК готовится к работе на более высоких энергиях, пришло время обсудbть возможные будущие последствия.

По правде говоря, физика частиц всегда развивалась двумя путями, одним из которых являются открытия. Другой путь - точные измерения, проверка теорий и отклонений от ожидаемого.

Например, ранние доказательства общей теории относительности Эйнштейна были получены в результате обнаружения небольших отклонений в видимом положении звезд и в движении Меркурия по своей орбите.

Три ключевых вывода

Частицы подчиняются неинтуитивной, но чрезвычайно успешной теории, квантовой механике. Эта теория демонстрирует, что частицы, слишком массивные для прямого столкновения в лаборатории, но все же могут влиять друг на друга (посредством "квантовых флуктуаций").

Измерения таких эффектов, однако, очень сложны, их гораздо труднее объяснить широкой публике.

Но последние результаты, намекающие на необъяснимую новую физику за пределами Стандартной модели, относятся именно ко второму типу.

Детальные исследования эксперимента LHCb показали, что частица, известная как “кварк красоты”, распадается на электроны гораздо чаще, чем на более тяжелые мюоны.

ЦЕРН. Эксперимент LHCb

Согласно стандартной модели, этого не должно происходить. Иначе говоря, это намек на то, что существуют пока неизвестные нам частицы или даже силы природы.

Однако, как ни странно, измерения аналогичных процессов с участием "топ-кварков" в эксперименте Atlas на БАК показывают, что такой распад происходит с одинаковой скоростью для электронов и мюонов.

Между тем, во время эксперимента Muon g-2 в Фермилабе (США) были проведены очень точные исследования того, как мюоны "колеблются" при взаимодействии их "спинов" с окружающими магнитными полями. Было обнаружено небольшое, но значительное отклонение от некоторых теоретических предсказаний, что еще раз наводит на мысль о влиянии неизвестных сил природы или элементарных частиц.

Последний удивительный результат - измерение массы W-бозона, который переносит слабую ядерную силу, управляющую радиоактивным распадом.

После многих лет сбора и анализа данных эксперимент, также проведенный в Лаборатории Ферми, показал, что он значительно тяжелее, чем предсказывает теория. Выявлено отклонение на величину, которая не могла быть случайной в серии миллионов экспериментов. Опять же, возможно, что еще не открытые частицы увеличивают его массу.

Однако интересно, что это также не согласуется с некоторыми менее точными измерениями на БАК.

Вердикт

Хотя мы не абсолютно уверены, что выявленные эффекты требуют нового объяснения, доказательств того, что необходима новая физика, становится все больше.

 
>

Конечно, для объяснения этих наблюдений будет предложено множество новых механизмов, - столько же, сколько и теоретиков.

Многие из них заговорят о различных формах "суперсимметрии". То есть о том, что в стандартной модели присутствует в два раза больше фундаментальных частиц, чем мы думали, причем у каждой частицы есть свой "суперпартнер". Например, дополнительные бозоны Хиггса или иные варианты.

Другие пойдут дальше, выдвигая менее модные идеи, как например "техноцвет", что подразумевает существование дополнительных сил природы (помимо гравитации, электромагнетизма, слабых и сильных ядерных сил).

Или предположать что бозон Хиггса является составным объектом, состоящим из других частиц. Только эксперименты покажут истину – и это хорошая новостью для экспериментаторов.

Экспериментальные группы пользуются заслуженным уважением и работают над одной и той же проблемой в течение длительного времени. Тем не менее, любые измерения чрезвычайно трудно выполнить.

Более того, предсказания стандартной модели обычно требуют расчетов, где необходимо делать приближения. Это означает, что разные группы исследователей предсказывают немного разные массы и скорости распада, в зависимости от сделанных  ими предположений и уровня приближения.

Так что, возможно, когда мы проведем более точные расчеты, некоторые из находок будут соответствовать стандартной модели.

Кроме того, может оказаться, что исследователи используют совершенно разные интерпретации и поэтому получают противоречивые результаты. Сравнение двух экспериментальных результатов требует тщательной проверки, не смотря на то, что в обоих случаях может использоваться один и тот же уровень приближения.

В физике частиц есть проблема "систематической неопределенности", и хотя все заинтересованные стороны делают все возможное для объективной количественной оценки, иногда возникают непредвиденные осложнения, которые занижают или завышают полученные результаты.

Данные обстоятельства не делают их менее интересными или важными. Результаты показывают, что существует множество путей к более глубокому пониманию новой физики, и все они должны быть изучены.

После перезапуска БАК все еще есть перспективы того, что новые частицы будут обнаружены скрытыми под фоном, который мы еще не обнаружили.