БАК нашел следы "новой физики" в поведении самых тяжелых частиц

Анализ последних данных экспериментов на БАК указал на расхождения в поведении топ-кварков, самых тяжелых элементарных частиц, и тем, что предсказывает Стандартная модель физики. Выводы ученых ЦЕРН были представлены на ежегодной конференции ICHEP в Сеуле.

Большой адронный коллайдер завершил первый цикл своей работы в феврале 2013 года, когда самый мощный ускоритель на Земле был впервые отправлен на длительные "каникулы". В рамках этого этапа БАК удалось решить свою главную задачу - найти бозон Хиггса, особую частицу, отвечающую за массу всех объектов во Вселенной.

Открытие "частицы Бога", как отмечают исследователи, не закрыло всех пробелов в Стандартной модели физики. К примеру, многие свойства топ-кварков, самых тяжелых элементарных частиц, в том числе их точная масса и то, как сильно они взаимодействуют с другими "жителями" микромира, остается загадкой для ученых.

Участники коллаборации ATLAS пытались измерить одно из подобных свойств - то, в какую сторону "закручен" топ-кварк в момент его рождения, наблюдая за тем, как "закручены" продукты его распада. В отличие от других типов элементарных частиц, он распадается так быстро, что не успевает провзаимодействовать с другими объектами.

В результате этого его изначальный спин, степень "закрученности", передается частицам, появившимся на свет на месте топ-кварка. Это, в свою очередь, позволяет узнать, как, когда и где рождаются пары из топ-кварков и антикварков, главный источник этих сверхтяжелых частиц в БАК, и понять, возникают ли они так, как это предсказывает Стандартная модель физики.

Как отмечает Райнхильд Питерс (Reinhild Peters), один из участников ATLAS, научная команда БАК заметила небольшие намеки на существование аномалий в этом свойстве топ-кварка еще до перезапуска коллайдера в 2015 году, что побудило ее провести дополнительные эксперименты в последующие годы.

Анализируя новые данные, ученые начали замечать расхождения между реальностью и предсказаниями Стандартной модели при распадах топ-кварков, которые вели к формированию пар двух типов частиц - "легких" электронов или позитронов, а также положительно или отрицательно заряженных мюонов и антимюонов.

В целом, данные показывают, что спины кварков и антикварков оказались связаны слишком сильно, намного больше, чем предсказывает Стандартная модель, что в особенности характерно для сильно разогнанных пар частиц.

Эти расхождения никуда не исчезали по мере накопления новых данных, и их статистическая значимость продолжала расти. Это заставляет ученых надеяться, что подобные аномалии могут быть действительно чем-то новым, а не простым совпадением в данных, как знаменитый сверхтяжелый бозон с массой в 750 ГэВ, "найденный" на CMS и ATLAS в конце 2015 года.

На текущий момент уровень достоверности составляет, по разным оценкам, от 3,2 до 3,9 сигма, что эквивалентно одной случайной ошибке на 400 и 11 тысяч попыток. Когда этот показатель достигнет отметки в 5 сигма, одна ошибка на 1,8 миллиона попыток, то тогда подобная аномалия будет считаться полноценным научным открытием и первым свидетельством существования "новой физики" за пределами Стандартной модели.

Как предполагает Любош Мотль (Lubos Motl), чешский физик-теоретик и популяризатор науки, эти аномалии, скорее всего, окажутся случайным совпадением, однако он не исключает и того, что топ-кварки действительно могут себя вести не так, как предсказывает Стандартная модель физики. Если это так, то в их рождении, как считает ученый, должны участвовать какие-то экзотические частицы без спина, чье существование не предсказывается классической теорией.