Ученые Европейской организации ядерных исследований CERN, работающие в рамках эксперимента ATLAS на Большом Адронном Коллайдере (БАК), произвели экспериментальную проверку одного из основополагающих принципов Стандартной модели физики элементарных частиц - так называемого принципа универсальности аромата лептона. И, полученные учеными результаты входят в противоречие с более ранними результатами, полученными в свое время на Большом электронно-позитронном коллайдере (Large Electron-Positron Collider, LEP) и указывающими на то, в Стандартной Модели может иметься достаточно "широкая трещина".
Напомним нашим читателям, что все наше понимание элементарных частиц, крошечных строительных блоков, из которых состоит все во Вселенной, плюс сил электромагнетизма, сильных и слабых ядерных взаимодействий сведено сейчас в одну теорию, называемую Стандартной Моделью физики элементарных частиц. Согласно этой теории, электроны, мюоны и тау-лептоны представляют собой три разновидности (аромата) электрически заряженных элементарных частиц семейства лептонов. Также в теории предполагается, что сила сцепления между лептонами и частицами, являющимися "носителями" сил слабых взаимодействий, 'W' и 'Z' бозонами, не зависит от аромата частицы-лептона. Этот принцип известен под названием принципа универсальности аромата лептона, но этот принцип был поставлен под сомнение экспериментами, проводимыми в свое время на коллайдере LEP.
Ученые эксперимента ATLAS провели анализ приблизительно полумиллиона столкновений протонов, проверяя достоверность принципа универсальности аромата лептона по отношению к мюонам и тау-лептонам. Более конкретно ученые исследовали процессы распада W-бозонов в тау-лептоны и мюоны. Измерив количественное соотношение различных видов распада, ученые пришли к выводу о том, что носители слабых сил взаимодействуют с обоими типами лептонов совершенно одинаковым способом.
Упомянутые выше измерения являются самыми точными подобными измерениями на сегодняшний день. Их точность более чем в два раза выше точности данных, полученных в свое время на Большом электронно-позитронном коллайдере, который является предшественником Большого Адронного Коллайдера.
"Измерения, сделанные в свое время на коллайдере LEP, показали, что могут существовать различия между распадами частиц до различных видов лептонов. Этот интригующий намек на возможность несоответствия Стандартной Модели не был подтвержден экспериментально на протяжении 20 лет" - пишут исследователи, - "Сделанные нами измерения не подтверждают результаты 20-летней давности, и это является наглядной демонстрацией мощности Большого Адронного Коллайдера, позволяющего делать столь высокоточные измерения".
Все вышесказанное является более чем убедительным доказательством того, что принцип универсальности аромата лептона и сама Стандартная Модель пока еще находятся "вне опасности". Тем не менее, остается вероятность того, что лептоны могут вести себя совершенно по-иному в других процессах, которые не были охвачены экспериментами CERN, и это будет проверяться в будущих экспериментах на коллайдере и других научных установках.
