В недрах физики элементарных частиц назревает потенциальный переворот: сотрудники ЦЕРН, по всей видимости, зафиксировали первые признаки несостоятельности Стандартной модели — теоретической конструкции, на протяжении полувека служившей краеугольным камнем в описании микромира. Ключевые данные, полученные в ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК), расположенном в 27-километровом кольцевом туннеле под границей Франции и Швейцарии, указывают на аномальное поведение субатомных частиц, не укладывающееся в рамки общепринятых предсказаний.
Сам БАК, функционирующий как гигантский ускоритель, изначально проектировался для поиска брешей в Стандартной модели. Его работа заключается в столкновении встречных пучков протонов, что позволяет ученым выявлять намеки на неизвестные физические явления. Новые результаты, полученные в рамках эксперимента LHCb, стали итогом анализа именно таких столкновений. Исследователи сосредоточились на изучении распада — своеобразной трансформации — субатомных частиц, именуемых B-мезонами. Анализируя механизм их превращения в другие частицы, физики обнаружили, что конкретный сценарий этого процесса категорически расходится с предсказаниями, сформулированными Стандартной моделью.
Фундаментальные частицы, являющиеся мельчайшими строительными блоками материи и не поддающиеся дальнейшему дроблению, взаимодействуют друг с другом посредством четырех базовых сил: гравитации, электромагнетизма, сильного и слабого ядерных взаимодействий. Именно эти силы, согласно теории, определяют всю динамику субатомного мира. Однако Стандартная модель, при всей своей элегантности, заведомо неполна: она не способна объяснить природу гравитации или феномен темной материи — невидимого и пока не измеренного типа материи, на долю которого, по оценкам, приходится около 25% массы Вселенной.
Элегантная теория
Стандартная модель возведена на фундаменте двух наиболее революционных достижений физики XX века: квантовой механики и специальной теории относительности Эйнштейна. Физики традиционно сверяют измерения, полученные на таких установках, как БАК, с теоретическими выкладками этой модели, чтобы подвергнуть ее тщательной проверке. Несмотря на осознание ее неполноты, на протяжении более 50 лет все более строгие испытания в области физики высоких энергий не позволяли обнаружить в теории ни малейшей лазейки — до сих пор уверенность в ней оставалась непоколебимой.
Опубликованные результаты, появившиеся на страницах научного журнала Письма о физическом обзоре, демонстрируют отклонение от ожидаемых показателей Стандартной модели на величину, составляющую четыре стандартных отклонения. Это серьезное напряжение, которое, если подтвердится, способно проложить путь к пересмотру фундаментальных законов, управляющих Вселенной.модели.
В этих условиях это означает, что после рассмотрения неопределенностей экспериментальных результатов и теоретических предсказаний существует только один шанс из 16 000, что случайное сопоставление данных такого экстремального значения происходит, если Стандартная модель верна.
Хотя это и не соответствует золотому стандарту науки – – так называемое пять сигм, или пять стандартных отклонений (вероятность примерно один на 1,7 миллиона) – доказательства начинают накапливаться. К этому убедительному описанию приводят результаты независимого эксперимента LHC, CMS, которые были опубликованы ранее в 2025 году.
Хотя результаты CMS не так точны, как результаты LHCb, они хорошо согласовались друг с другом, что приводит к аргументам. Наши новые результаты были получены при изучении особого процесса, известного как электрослабый пингвиний распад.
Редкие события
Терминал “пингвин” относится к упрощенному типу управления (превращения) короткоживущих частиц. В данном случае мы изучаем, как B-мезон содержится в четырех других субатомных частицах – каоне, пионе и двух мюонах.
Проявив некоторое воображение, можно представить расположение частиц в виде пингвина. Важно отметить, что эти измерения позволяют нам изучить, как один тип фундаментальной частицы, красивый кварк, может трансформироваться в другой, странный кварк.
Этот пингвиний распад невероятно редок в Стандартной модели: на каждый миллион B-мезонов таким образом распадает только один. Мы тщательно проанализировали последствия и энергию, при которой частицы рождаются при распаде, и точно определили, как часто происходит этот процесс. Мы обнаружили, что наши измерения такого масштаба не соответствуют предсказаниям Стандартной модели.
Точные исследования ничуть не распадов являются одной из основных целей эксперимента LHCb с момента его создания в 1994 году. Процессы Penguin, уникальные для Солнца, обеспечивают очень надежные новые частицы, которые не могут быть созданы непосредственно на LHC.
Такие частицы все еще могут оказывать огромное влияние на эти распады, несмотря на небольшой вклад Стандартной модели. Этот вид дополнительного наблюдения не нов. Например, радиоактивность была открыта за 80 лет до того, как непосредственно наблюдались ответственные за нее фундаментальные частицы (W-бозоны).
Направление будущего
Наши аналитические исследования позволяют нам оценить части природы, которые в противном случае можно было бы стать доступными только с помощью коллайдеров частиц, организованных на 2070-е годы. Существует широкий спектр новых теорий, которые могут объяснить наши выводы. Многие из них содержат новые частицы, называемые «лептокварками». которые объединяют два разных типа материи: “лептоны” и «кварки».
Другие потенциальные теории содержания частиц, которые являются более легкими аналогами тех, которые обнаружены уже в Стандартной модели. Новые результаты ограничивают форму этих моделей и будут определять направление их дальнейшего поиска.
Несмотря на наше волнение, открываются теоретические вопросы, которые не позволяют нам окончательно утверждать, что физика, выходящая за рамки Стандартной модели, наблюдалась. Самый серьезный вопрос возникает у так называемых «очаровательных пингвинов». Набор процессов, присутствующих в Стандартной модели, вносит чрезвычайно сложный вклад, который предсказать. Недавние оценки этих очаровательных пингвинов показывают, что их влияние недостаточно велико, чтобы объяснить наши данные.
Более того, сочетание теоретической модели и экспериментальных данных LHCb позволяет предположить, что очаровательные пингвины (и, следовательно, Стандартная модель) с трудом могут объяснить аномальные результаты.
Уже собраны новые дополнительные данные для обеспечения устойчивости ситуации в последующие годы: в нашей текущей работе мы изучили около 650 миллиардов распадов B-мезонов, зарегистрированных в период с 2011 по 2018 год, чтобы найти эти пингвиньи распады. С тех пор эксперимент LHCb зарегистрировал в три раза больше B-мезонов.
На 2030-е годы запланированы дальнейшие успехи, позволяющие использовать обновления БАК и снова накопить набор данных в 15 раз больше. Этот последний шаг позволит сделать окончательные заявления, надежно открывая новое понимание того, как работает Вселенная на элементарном уровне. !важный; максимальная высота: 1 пиксель! важно; максимальная ширина: 1 пиксель! важно; минимальная ширина: 1 пиксель !важно; непрозрачность: 0 !важно; контур: нет !important; Referrerpolicy=»no-referrer-when-downgrade»//>