Физици обявиха резултати, увеличаващи доказателствата за нова фундаментална физика

Резултати, обявени от експеримента LHCb в ЦЕРН, разкриват още намеци за явления, които не могат да бъдат обяснени от настоящата ни теория на фундаменталната физика.

През март 2020 г. същият експеримент публикува доказателства за съществуването на частици, които нарушават един от основните принципи на Стандартния модел – нашата най-добра теория за частиците и силите – което предполага възможното съществуване на нови фундаментални частици и сили.

Сега, по-нататъшни измервания на физици от лабораторията "Кавендиш" в Кеймбридж откриват подобни ефекти, засилвайки аргументите за новата физика.

Стандартният модел описва всички известни частици, които изграждат Вселената и силите, чрез които те взаимодействат. Той е издържал всички експериментални тестове до момента и въпреки това физиците знаят, че е непълен. Той не включва силата на гравитацията, нито може да обясни как се е образувала материята по време на Големия взрив и не съдържа частица, която би могла да обясни загадъчната тъмна материя, за която астрономията ни казва, че е пет пъти повече от материята, която изгражда видимия свят около нас.

В резултат на това физиците отдавна търсят признаци на физика извън Стандартния модел, които могат да ни помогнат да се справим с някои от тези загадки.

Един от най-добрите начини за търсене на нови частици и сили е изучаването на частици, известни като "красиви" или "дънни" кварки (beauty/bottom quark) и обозначавани просто като b-кварки. Това са екзотични братовчеди на горните и долните кварки, които съставят частиците - протони и неутрони - изграждащи ядрото на всеки атом.

^{Днес са известни 6 различни "класа", наричани - "аромати"(flavor) кварки, чиито свойства са дадени в таблицата.}

Дънните кварки не са много в света наоколо, тъй като са невероятно краткотрайни – оцеляват средно само за една трилионна част от секундата, преди да се трансформират или разпаднат в други частици. Въпреки това, милиарди дънни кварки се произвеждат всяка година от гигантския ускорител на частици на ЦЕРН, Големия адронен колайдер, които се регистрират от специално създаден детектор, наречен LHCb.

Да си припомним и членовете на семейството на лептоните:

Начинът, по който се разпадат дънните кварки, може да бъде повлиян от съществуването на неоткрити сили или частици. През март екип от физици в LHCb публикува резултати, показващи доказателства, че дънните кварки се разпадат на частици, наречени мюони, редки, по-тежки братовчеди на електроните. Това е невъзможно да се обясни от Стандартния модел, който третира електроните и мюоните идентично, с изключение на факта, че електроните са около 200 пъти по-леки от мюоните. В резултат на това дънните кварки трябва да се разпадат на мюони и електрони с еднаква скорост. Вместо това, физиците от LHCb откриват, че разпадането на мюони се случва около 85% по-често, колкото разпада на електрони.

Разликата между резултата на LHCb и Стандартния модел е около три единици експериментална грешка или „3 сигма“, както е известно във физиката на елементарните частици. Това означава, че вероятността е само около едно на хиляда резултатът да е причинен от статистическа случайност.

Ако приемем, че резултатът е верен, най-вероятното обяснение е, че нова сила, която привлича електрони и мюони с различна сила, пречи на разпадането на тези дънни кварки. Но, за да сме сигурни дали ефектът е реален, са необходими повече данни, за да се намали експерименталната грешка. Само когато резултатът достигне прага „5 сигма“, т.е. когато има по-малко от един на милион вероятност да се дължи на случайност, физиците  ще започнат да го смятат за истинско откритие.

_{Разпадането на B0 мезон в K0 и двойка електрон-позитрон в детектора LHCb, който се използва за чувствителен тест за универсалността на лептоните в Стандартния модел. Кредит: CERN.}

„Фактът, че видяхме същия ефект като нашите колеги през март, със сигурност увеличава шансовете наистина да сме на ръба да открием нещо ново“, разказа д-р Хари Клиф (Harry Cliff) от Лабораторията "Кавендиш". „Чудесно е да хвърлиш малко повече светлина върху пъзела“.

В настоящото изследване се изучават два нови разпада на дънните кварки от същото семейство разпади, използвани в резултата от март. Екипът открива същия ефект - разпадането на мюони се случва около 70% по-често, колкото разпада на електрони. Този път грешката е по-голяма, което означава, че отклонението е около "2 сигма", което означава, че има малко над 2% вероятност това да се дължи на статистическа грешка в данните. Въпреки че резултатът не е убедителен сам по себе си, той добавя допълнителна подкрепа към нарастващото количество доказателства, че има нови фундаментални сили, които чакат да бъдат открити.

„Вълнението около Големия адронен колайдер нараства, защото модернизираният детектор LHCb е на път да бъде включен и да се съберат допълнителни данни, които ще осигурят необходимата статистика, за да се твърди или опровергае голямото откритие“, заявява професор Вал Гибсън (Val Gibson), също от от Лабораторията "Кавендиш".

Справка: R. Aaij et al, Tests of lepton universality using B⁰→K⁰_Sl⁺l⁻ and B⁺→K^∗+ℓ⁺ℓ⁻ decays, arXiv:2110.09501 [hep-ex] arxiv.org/abs/2110.09501

Източник: Physicists announce results that boost evidence for new fundamental physics
University of Cambridge

Още по темата

14/10/2021

Физика

Най-прецизното досега измерване на продължителността на живота на неутрона

28/09/2021

Физика

Получени са нови данни за екзотични тежки адрони

10/06/2021

Физика

"Чаровна" частица се колебае между античастица и обратно, също като котката на Шрьодингер

08/03/2021

Физика

Наблюдаван е нов възбуден красив странен барион при експеримент в ЦЕРН