На Большом адронном коллайдере, возможно, обнаружен предвестник Новой физики

Большой адронный коллайдер, возможно, проложил человечеству путь в Новую физику.
Фото CERN.

На Большом адронном коллайдере обнаружено поведение частиц, которое не укладывается в рамки Стандартной модели – теории, многие десятилетия успешно прогнозировавшей результат любого эксперимента с элементарными частицами. Вероятность ошибки пока не исключена, но статистика уже заставляет физиков насторожиться и искать объяснения.

Речь идёт о распаде b-мезона. Это нестабильная частица, которая распадается за ничтожные доли секунды. Согласно Стандартной модели, есть два сценария распада: на электроны и их античастицы (позитроны), либо на мюоны и их античастицы (антимюоны). При этом вероятность каждого варианта равна 50%. Но вот парадокс: как сообщает издание ScienceAlert, эксперименты на Большом адронном коллайдере, дают иной результат. Распад на электроны и позитроны наблюдается заметно чаще, чем на мюоны и антимюоны.

Насколько достоверно это наблюдение? Ведь в любом эксперименте, помимо полезного сигнала, присутствуют неизбежные шумы. Всегда есть риск, что шумы случайным образом сложатся так, что это будет похоже на полезный сигнал.

Поэтому физики специально оценивают вероятность того, что результат является лишь случайной комбинацией шумов. Мерой оценки служит параметр, который учёные именуют сигмой. Так, достоверность в три сигма означает, что вероятность такого неприятного совпадения составляет лишь доли процента. Для физиков это повод, так сказать, сделать охотничью стойку. Золотым стандартом открытия является достоверность в пять сигм: в этом случае можно открывать шампанское.

Достоверность, с которой статистика распада b-мезонов отклоняется от прогнозов Стандартной модели, составляет 3,4 сигмы. Это ещё не открытие, но уже повод попытаться понять, что происходит.

Научная группа во главе с Хавьером Вирто (Javier Virto) из Мюнхенского технического университета предложила свой вариант объяснения на страницах научного издания The European Physical Journal C.

Поясним, о чём идёт речь. За распад элементарных частиц и превращение их друг в друга отвечает так называемое слабое взаимодействие. Стандартная модель предполагает, что, когда b-мезон распадается, продукты распада уже не влияют друг на друга посредством слабого взаимодействия. Вирто с коллегами считают, что всё иначе.

Детали их теории трудно изложить без использования понятий высшей математики. В двух словах речь идёт о сложном взаимодействии между виртуальными частицами, возникающими на очень короткое время даже по сравнению с продолжительностью жизни b-мезона. Они и служат "передаточным звеном" между продуктами его распада.

Насколько эта модель соответствует наблюдаемым данным? Это важный вопрос. Ведь, если установлено, что Земля не блин, это ещё не повод утверждать, что она, например, пирамида. Мало зафиксировать отклонение от прежней теории, важно ещё убедиться в том, что новая лучше подходит для объяснения нового феномена.

Как мы помним, все теории на пути экспериментальной проверки подстерегает одна и та же ловушка: шумы могут случайно скомбинироваться в подобие полезного сигнала. Поэтому нужно убедиться в достоверности результата.

Авторы рассчитали, что если их модель верна, то шумы имеют ничтожно малую вероятность сложиться в наблюдаемую картину. Достоверность результата окажется равной 6,1 сигмы, что больше золотого стандарта в 5 сигм. То есть их теория подходит для описания распада b-мезона значительно лучше Стандартной модели.

Однако, как мы помним, достоверность отклонения от прогнозов Стандартной модели составляет лишь 3,4 сигмы, что мало для того, чтобы считать результат достоверным. Не исключено, что это случайная комбинация шумов. Это похоже на то, как если бы вместо круга в результате случайной ошибки получился эллипс: эллипс лучше подходит для описания результата, но "имелся в виду" именно круг. Поэтому Вирто и его команде рано открывать шампанское.

Авторы надеются, что ещё два-три года экспериментов на Большом адронном коллайдере внесут ясность в вопрос, является ли наблюдаемый эффект реальностью или только случайной игрой шумов.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как на Большом адронном коллайдере открыли "неуловимый" распад бозона Хиггса и частицу, которую ждали 50 лет. Но бывало и так, что открытие новой частицы признавали ошибочным.

Сегодня