В физике элементарных частиц грядет смена теорий

Стандартная модель в физике элементарных частиц, созданная в 70-е годы прошлого века, не раз доказала свою эффективность в объяснении экспериментальных данных. Однако с каждым годом становится всё больше фактов, указывающих на ее неполноту.

На прошлой неделе индийские физики-теоретики Раул Синха (Rahul Sinha) и Басудха Мисра (Basudha Misra) совместно с их тайваньским коллегой Вэй-Шу Хоу (Wei-Shu Hou) опубликовали в журнале Physical Review Letters статью, где были проанализированы результаты многочисленных экспериментов на ускорителях, в ходе которых изучались два различных канала распада B-мезонов, сообщает PhysOrg. Ученые использовали в своем анализе данные, полученные на линейном ускорителе в Стэнфорде и в японском исследовательском центре по физике высоких энергий (ускоритель KEK).

Образующиеся В-мезоны могут распадаться по двум каналам. Распад приводит к появлению странного кварка (s-кварк) и двух других частиц – это может быть "очарованный" кварк с "антиочарованным" кварком или q и анти-q кварки, где q может быть верхним (u), нижним (d) или странным (s) кварком. Нейтральный В-мезон при этом может смешиваться со своей античастицей - анти-В-мезоном - с образованием фазы, называемой смешанной фазой В-мезона. Возникающие в результате слабых взаимодействий странные кварки получают разные вклады от двух различных слабых фаз.

Согласно Стандартной модели, оба канала распада B-мезона должны иметь примерно одинаковую вероятность. Однако эксперименты выявили заметную асимметрию распада. Авторы исследования утверждают, что это расхождение в рамках Стандартной модели нельзя объяснить обычными экспериментальными ошибками. Стандартная модель допускает небольшое отклонение при сравнении смешанных фаз B-мезона в двух различных вариантах распада, однако это отклонение может достигать лишь нескольких градусов. Измеренное отклонение значительно больше - оно составляет приблизительно 13 градусов и, кроме того, противоположно по направлению теоретически предсказанному.

Для объяснения этого феномена, который был выявлен в ходе экспериментов на ускорителях SLAC и KEK, д-р Синха и его коллеги сначала решили проверить, можно ли объяснить полученные данные в рамках Стандартной модели. В результате ученым удалось показать, что для смешанной фазы B-мезона отклонение не должно превышать величины отклонения слабой фазы каждого из вкладов.

Следовательно, как считают авторы исследования, полученные данные можно будет объяснить с помощью так называемой "новой физики". По мнению д-ра Синха, эти экспериментальные аномалии могут быть проявлением суперсимметрии, хотя возможны и другие объяснения. Ясно одно - для дальнейшего продвижения потребуется как значительное количество статистических данных по распадам B-мезонов, так и развитие новых теоретических подходов.

Стандартная модель за время своего существования продемонстрировала блестящие возможности как в описании поведения известных элементарных частиц, так и в предсказании новых частиц или эффектов. Однако она не объясняет наличие массы у элементарных частиц и природу гравитации, существование темной массы во Вселенной и т.д. Именно поэтому и теоретики, и экспериментаторы очень внимательно относятся к любым, даже самым незначительным фактам, не укладывающимся в рамки Стандартной модели. Важно только, чтобы эти факты были статистически достоверными.

По мере накопления новых данных о распадах на мезонных фабриках может случиться так, что наблюдаемая сегодня асимметрия распада исчезнет. Экспериментаторы, представляя данные о распадах, делают оценки в терминах статистической достоверности результатов. В данном случае этот параметр оценивают в 2,6 сигмы (среднеквадратичного отклонения). Иными словами, это означает, что с вероятностью менее одного процента наблюдаемое несоответствие может оказаться лишь статистической флуктуацией - так что, может быть, Стандартная модель еще послужит ученым.