Фото: FermiLab Ускоритель Фермилаб
Исследователи обнаружили явления, которые нельзя объяснить Стандартной моделью - теорией, которая описывает взаимодействие всех элементарных частиц.
Ученые утверждают, что, возможно, обнаружили новую, пятую силу природы, которая может объяснить давние научные загадки и улучшить понимание Вселенной.
Корреспондент.net рассказывает подробности.
На пороге Новой физики
Группа ученых из 46 научных центров и семи стран обнародовала первые результаты экспериментов с мюонами - фундаментальными частицами, представляющими собой крошечные вращающиеся вокруг собственной оси магниты. Мюоны похожи на электроны, только в 200 раз тяжелее.
Проведенное исследование Muon g-2 (Мюон джи минус 2) - это продолжение работы, которую ученые начали в 1990-х годах в Брукхейвенской национальной лаборатории. Тогда физики занимались измерением магнитного свойства мюонов и получили результат, который не вписывался в Стандартную модель.
Стандартная модель - общепринятая на данный момент теоретическая конструкция, описывающая взаимодействие всех элементарных частиц во Вселенной. Она предполагает четыре фундаментальных взаимодействия: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное.
Теория всего. Зачем науке новый огромный коллайдер
Все они строятся на одном принципе: сила между частицами возникает за счет обмена некоторым посредником, переносчиком взаимодействия.
Эти четыре фундаментальных взаимодействия объясняют все, что мы видим. Все остальные силы, такие как трения или упругости, являются вторичным эффектом этих взаимодействий.
Стандартная модель получает очень хорошее экспериментальное подтверждение, и относительно недавнее открытие бозона Хиггса завершило эту целостную картину.
Однако это вовсе не окончательная теория. Об этом говорит, например, наличие во Вселенной темной материи или антиматерии, которая не укладывается в Стандартную модель. И сейчас ученые подходят к так называемой Новой физике.
Стандартная модель точно предсказывала так называемый g-фактор мюона - показатель силы и скорости вращения частицы в магнитном поле. Данный фактор близок к значению 2, но Брукхейвенские эксперименты выявили отклонение в несколько частей на миллион.
Несмотря на минимальную разницу, ученые заявили о существовании неизвестных ранее науке взаимодействий между мюоном и магнитным полем.
Эксперимент Muon g-2 в Национальной ускорительной лаборатория имени Ферми (Фермилаб) в Чикаго, 7 апреля опубликовал результаты эксперимента, который должен был с высокой точностью измерить значение аномального магнитного момента мюона.
Чтобы определить значение g-2 мюона близкое к истинному исследователи создали пучки частиц, которые двигались по ускорителю, подобному всем известному Большому адронному коллайдеру, где открыли бозон Хиггса.
Вид на территорию Фермилаба с воздуха. Кольцо на переднем плане - Главный инжектор Теватрона, кольцо на заднем плане - Теватрон
Это большое полое кольцо с сильным магнитным полем. Поле удерживает мюоны в кольце и заставляет их вращаться. Данное явление называется прецессией и схоже с вращением земной оси, только его скорость гораздо выше.
Полученное значение совпало с результатами аналогичного эксперимента E821 в Брукхейвенской национальной лаборатории, а вместе два измерения отличаются от предсказаний Стандартной модели со статистической точностью в 4,2σ (сигмы).
Это значит, что такие данные укладываются в Стандартную модель с вероятностью в один случай из примерно 40 тысяч.
Такое отклонение от теории при дальнейшем уменьшении погрешности измерений может указать на существование еще не открытых частиц или сил в рамках Новой физики, подчеркнули ученые.
В ходе представленного анализа использовались данные только первого сеанса работы эксперимента, после окончания которого в установку были внесены улучшения: увеличилась стабильность системы подачи пучка мюонов в магнит и уменьшились колебания температуры, влияющие на колебания магнитного поля.
По мнению ученых, все это говорит о том, что в ходе следующих сеансов статистическая точность отклонения результатов от предсказаний Стандартной модели будет увеличиваться, а значит у физиков появится доказательство существования Новой физики.
"Это невероятно захватывающий результат. Эти открытия могут иметь большое значение для будущих экспериментов по физике элементарных частиц и могут привести к более глубокому пониманию того, как устроена Вселенная", - рассказал соавтор исследования Ран Хонг.
Хонг отметил, что частицы за пределами Стандартной модели могут объяснить загадочные явления в физике,как природа темной материи.
Британский Совет по научно-техническому оборудованию уже объявил, что результаты экспериментов дают весомые подтверждения существованию доселе неизвестной субатомной частицы или новой силы.
"Мы обнаружили, что взаимодействие мюонов не согласуется со Стандартной моделью. Понятно, что мы все в восторге, потому что это открывает будущее с новыми законами физики, новыми частицами и новыми, невиданными до сих пор силами", - цитирует BBC News руководителя эксперимента с британской стороны профессора Марка Ланкастера.
Насчет возможной, но неоткрытой субатомной частицы есть сразу несколько предположений. Это может быть так называемый лептокварк (частица, переносящая информацию между кварками и лептонами) или Z-бозон (который сам для себя служит античастицей).
Темная сторона Вселенной. Сколько проживет теория Эйнштейна
В конце марта физики из CERN, проводившие эксперимент на Большом адронном коллайдере, говорили, что полученные результаты могут свидетельствовать о наличии новой частицы и силы.
В пресс-релизе исследования на сайте CERN сообщается, что во время пробегов частиц на БАК физики тщательно изучали редчайшие распады парных кварков (B-мезонов). Оказалось, что В-мезоны распадаются на разные количества электронов и мюонов, что противоречит предсказаниям Стандартной модели.
Новости от
Корреспондент.net в Telegram. Подписывайтесь на наш канал https://t.me/korrespondentnet
