Поведение некоторых субатомных частиц бросает вызов Стандартной Модели - «Наука и технологии»

Стандартная Модель физики элементарных частиц, которая объясняет большую часть явлений, поведение и взаимодействие фундаментальных субатомных частиц, остается актуальной уже на протяжении нескольких десятков лет. Однако, у этого свода законов, аксиом и теорий имеется несколько недостатков, самым существенным из которых является отсутствие объяснения существованию сил гравитации. Пытаясь заполнить эти недостатки и объяснить некоторые нестыковки, нарушающие Стандартную Модель, ученые-физики постоянно проводят эксперименты, выходящие за ее рамки, и натыкаются на все новые частицы и виды фундаментальных сил.

Недавно группа ученых, работающая на Большом Адроном Коллайдере, нашла доказательство того, что некоторые частицы, а если быть точнее - лептоны, демонстрируют поведение, не вписывающееся в рамки Стандартной Модели. Признаки этого поведения были обнаружены учеными из университета Мэриленда в данных, собранных оборудованием эксперимента LHCb во время первого периода работы коллайдера в 2011-2012 годах. Исследователи изучили случаи распада B-мезона, процесс, в результате которого на свет появляются более легкие частицы, включая два типа лептонов, тау-лептон и мюон. В отличие от их стабильного родственника, электрона, тау-лептоны и мюоны весьма нестабильны и распадаются на другие частицы спустя доли секунды после их возникновения.

Согласно понятию из Стандартной Модели, которое имеет название "универсальность лептона", все лептоны подвержены в одинаковой степени воздействию фундаментальных сил. Это означает, что тау-лептон и мюон должны распадаться похожими способами с небольшой поправкой на разницу их масс. Однако ученые обнаружили большее различие в этих процессах, что указывает на вмешательство каких-то еще неизвестных сил или частиц.

"Согласно Стандартной Модели, окружающая среда воздействует на все лептоны одинаковым образом. Но нет никакой гарантии, что такое положение дел сохранится, если мы обнаружим новые частицы или новые силы, принимающие участие в этом процессе" - рассказывает Хассан Джейуоэри (Hassan Jawahery), Выдающийся профессор физики (Distinguished University Professor of Physics), - "Универсальность лептона действительно определяется Стандартной Моделью, и если она будет нарушена, это послужит еще одним доказательством существования физики, выходящей за рамки Стандартной Модели".

Данные эксперимента LHCb послужили дополнением к данным о распаде лептонов, полученным в ходе эксперимента BaBar в Центре линейных ускорителей SLAC Стэнфордского университета, в которых также были замечены отклонения от Стандартной Модели. В обоих экспериментах ученые исследовали распад B-мезонов, источниками которых были столкновения высокоэнергетических протонов в первом случае и электронов - во втором случае.

"Два эксперимента были проведены при полностью различных условиях окружающей среды, но они показали абсолютно идентичную модель физического процесса. Это позволяет нам утверждать, что наблюдаемое нами явление прошло независимую проверку и существует в реальности, а не является результатом возникновения статистической погрешности или неточной работы детектирующего оборудования" - рассказывает Брайан Гамильтон (Brian Hamilton), ученый-физик из университета Мэриленда.

"Результаты двух экспериментов пока еще не могут считаться действительным нарушением Стандартной Модели. Для этого требуется проведение дополнительных исследований, некоторые из которых мы уже начали планировать. Эксперимент LHCb позволит нам собрать массу дополнительных данных во время второго этапа работы коллайдера" - рассказывает Хассан Джейуоэри, - "И если мы найдем подтверждения этому явлению, то это обеспечит нас работой на десятилетия вперед. Более того, все это может указать физикам-теоретикам на новую точку зрения, с которой надо рассматривать всю стандартную и нестандартную физику элементарных частиц".