Стандартная модель – теоретическая конструкция в физике, которая описывает характеристики элементарных частиц, их поведение и то, как они взаимодействуют между собой. Уже несколько десятков лет она работает, не претерпевая существенных изменений, а недавно ученым удалось подтвердить существование предсказанного моделью бозона Хиггса. Эта теория имеет существенные недостатки: она не включает в себя гравитацию и лишь описывает, но не объясняет устройство субатомного мира. Поэтому ученые постоянно пытаются «штурмовать» Стандартную модуль в надежде найти в ней нарушения.

Недавно команда физиков из Университета Мэриленда и других научных учреждений, работающих с детектором LHCb на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, обнаружила распады лептонов, которые происходят не точно таким способом, который предсказывается Стандартной моделью. Статья об этом открытии будет напечатана в журнале Physical Review Letters 4 сентября 2015 года.

В классификации лептонов выделяются три поколения. Ученые изучали данные наблюдений за распадом B-мезонов, в результате которого образуются более легкие частицы, и в том числе – два типа лептонов, тау-лептоны и мюоны, относящиеся, соответственно, ко второму и третьему поколениям. В отличие от своего родственника по семейству лептонов, электрона (первое поколение), эти частицы нестабильны и за малую долю секунды распадаются.

В Стандартной модели существует понятие лептонной универсальности. Благодаря этому свойству связь лептонов с калибровочными бозонами (частицами, отвечающими за взаимодействие) не зависит от поколения, то есть с точки зрения слабого и электромагнитного взаимодействия электрон неотличим от мюона и тау-лептона. Следствием лептонной универсальности является то, что распад тау-лептонов и мюонов должен происходить с одинаковой скоростью с поправкой на разницу в их массах. На БАКе же команда физиков обнаружила маленькое, но заметное отклонение от предсказанной скорости распада. Это может происходить в результате влияния на процесс распада каких-то новых, пока еще не открытых учеными сил. «Стандартная модель предсказывает, что наш мир взаимодействует со всеми лептонами одинаково. В нем царит демократия. Но нет гарантии, что это правило останется истинным, если мы откроем новые частицы или новые силы». – говорит ведущий автор исследования Хасан Явахери. – «Лептонная универсальность закреплена в Стандартной модели. Если мы подтвердим, что она нарушается, можно будет говорить об обнаружении не-стандартной физики».

Данные эксперимента на Большом адронном коллайдере согласуются с предыдущим исследованием мезонного распада, который проводился в эксперименте BaBar на Стенфордском линейном ускорителе в 1990-х годах. На этом эксперименте производились столкновения электронов, тогда как в БАКе изучаются продукты взаимодействия высокоэнергетических протонов. По словам физика и соавтора исследования Брайана Гамильтона, эксперименты проводились в абсолютно разных условиях, но указывают на одинаковую физическую модель. Независимое подтверждение наблюдений добавляет вес обоим открытиям и минимизирует возможность ошибки из-за некорректной работы оборудования.

Оба результата, вместе взятые, дают крайне перспективную основу для дальнейших экспериментов, хотя сами по себе пока не доказывают нарушение Стандартной модели. На детекторе LHCb в течение нескольких лет будет проводиться модернизация, которая позволит научной группе провести ряд новых измерений.

Ссылка: phys.org

Обсудить