• Главная
  • Наука
  • Космос
  • БАК дразнит открытием новой частицы. Для объяснения ее существования может понадобиться новая физика


БАК дразнит открытием новой частицы. Для объяснения ее существования может понадобиться новая физика

(Время чтения — 5 минут)

Помните, какой шум поднялся в 2012 году после открытия бозона Хиггса? Как-никак, именно эта частица дополнила и завершила так называемую стандартную модель — нашу лучшую, на данный момент, теорию, объясняющую все в мире на уровне частиц.

И вот ученые, работающие на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, говорят, что, возможно, они засекли еще одну частицу. Пока что в виде пика определенного вида энергии. Но это открытие требует подтверждения.

И снова поднимается шум в среде физиков, только на этот раз интерес замешан на волнении. В отличие от бозона Хиггса, который подтвердил наши теории, новая частица грозит их разрушить.

БАК дразнит открытием новой частицы. Для объяснения ее существования может понадобиться новая физика
Модель распада бозона Хиггса (Lucas Taylor/CERN/CC BY-SA)

Новые результаты — состоящие из необычного пика на 28 GeV (гигаэлектрон-вольт) в данных —были опубликованы на сайте препринтов ArXiv. Технически, статья еще не прошла проверку, но в случае с публикациями БАКа это лишь вопрос времени. Внутренние проверки там тщательнее внешних.

Так что мы можем быть уверенными, что специалисты много раз всё перепроверили, прежде чем утверждать “важность стандартного отклонения 4.2”.

Это означает, что вероятность случайно получить подобный пик в данных — то есть созданный случайным шумом, а не реальной частицей, — составляет всего 0.0013%.

Насколько же незначителен этот процент — всего 13 на миллион, — но почему никто не спешит открывать шампанское и праздновать прорыв?

О чем говорят данные

В ходе экспериментов БАК сталкивает лучи протонов, а ученые ищут новые частицы, изучая необычное количество уже известных, к примеру, фотонов и электронов.

Дело в том, что тяжелые и “невидимые” частицы, — такие, как бозон Хиггса, — обычно крайне нестабильны и быстро распадаются на более легкие, которые гораздо проще обнаружить.

Физики ищут необычные скачки в данных и пытаются определить, являются ли они результатом распада более тяжелых частиц. БАК нашел уже немало новых частиц таким методом, но все они укладывались в стандартную модель.

Новое открытие появилось из эксперимента с использованием CMS-детектора (компактного мюонного соленоида), который уловил пары мюонов — хорошо изученных частиц, которые очень легко определить, они похожи на электроны, только тяжелее.

Аппарат проанализировал их энергии и направления и задал логичный вопрос: если эта пара появилась из распада одной частицы, какой бы была масса этой частицы?

Обычно пары мюонов появляются из очень разных источников — зачастую в результате двух разных событий, а не в ходе распада одной частицы.

Если в таком случае вы попытаетесь рассчитать массу частицы-родителя, она распределится по широкому спектру энергий, а не создаст узкий пик точно на 28GeV (или любой другой точке), как это произошло на этот раз.

Судите сами:

БАК дразнит открытием новой частицы. Для объяснения ее существования может понадобиться новая физика
(CMS Collaboration)

Действительно ли это пик? Или всего лишь статистическое отклонение из-за случайного разброса точек на фоне (пунктирная линия)?

Если все же пик, это означает, что некоторые из пар мюонов произошли от одной частицы, которая распалась, — а нам не известна ни одна частица с энергией 28 GeV.

Все это чрезвычайно интересно, но история научила нас быть осторожными. Подобное уже происходило в прошлом, но новые данные опровергали все предположения.

К примеру, аномалия Digamma(750). И это лишь одна из последних в череде “ложных вызовов” — фальшивых “открытий”, появившихся в результате ошибок оборудования, слишком увлеченного анализа или обычных неудач.

Отчасти это происходит из-за так называемого эффекта “смотрю в другую сторону” (look-elsewhere effect) — феномена в статистическом анализе научных экспериментов, когда кажущееся значимым наблюдение появлялось случайно просто потому, что слишком велико было пространство параметров.

Возможно, вероятность того, что случайный шум создаст пик на 28 GeV, чрезвычайно мала (13 из миллиона), в то же время пик мог возникнуть на других значениях.

И хотя отдельные вероятности пиков в этих конкретных значениях опять же чрезвычайно малы, их сумма окажется уже не такой мелкой. Все еще маленькой, но уже более возможной. А значит пик мог быть создан случайным шумом.

Есть и другие несостыковки — пик появился в одном из экспериментов БАКа, а во втором, с удвоенной энергией, его уже не было.

Казалось бы, чем больше энергии, тем ярче должен быть феномен. Впрочем, и это можно объяснить, но пока что открытие остается неудобным фактом.

Новая физика?

Теория еще более негармонична.

В то время как физики-экспериментаторы ищут частицы в экспериментах, физики-теоретики проводят дни, размышляя над тем, какие частицы имеет смысл искать: частицы, которые станут недостающими кусочками мозаики для стандартной модели, или, например, объяснят темную материю, или сделают и то, и другое.

Но никто не додумался до того, что вылезло в полученных данных.

К примеру, теоретики предположили, что мы найдем более легкую версию бозона Хиггса. Но такая бы не распалась на мюоны.

Также идут дискуссии о существовании легкого Z бозона и тяжелого фотона, но они бы взаимодействовали с электронами. И значит, мы бы их уже обнаружили, ведь электроны довольно легко поймать.

Новая потенциальная частица не подходит ни под одно из теоретических описаний.

Если эта частица действительно существует, она не просто окажется за пределами стандартной модели, а абсолютно необъяснимой. Как ньютоновская гравитация передала эстафету общей теории относительности, так и новая частица отберет эстафетную палочку у стандартной модели.

Но кандидатов то нет. Все предложенные варианты “расширения” стандартной модели: включая суперсимметрию, дополнительные измерения и все теории Великого объединения, — хоть и предлагают новые частицы, ни одна из них все равно не совпадает параметрами с новой.

Вполне возможно, перед нами нечто настолько странное, что никто еще до подобного не додумался.

В данный момент другой крупный эксперимент БАКа, — ATLAS, — получил свои данные из экспериментов. И команда анализирует результаты, о которых доложит, когда будет готова.

Внутренний циник подсказывает, что ничего нового не появилось. И необычное значение присоединится к компании фальшивок.

Но может — всего лишь может, — ученые действительно что-то поймали. И тогда жизнь экспериментаторов и теоретиков очень быстро станет крайне занятой и не менее интересной.

 — 

Материал подготовлен по статье Роджера Барлоу, профессора и руководителя Международного института прикладных ускорителей в Университете Хаддерсфильда.


Следующее: Почему на фотографиях миссии «Аполлон» не видно звезд?

Предыдущее: Найдена черная дыра, которая вращается запредельно быстро



Поделиться!