Вчені з Європейської організації з ядерних досліджень (CERN) спостерігали надзвичайно рідкісну подію, яка може натякати на нову фізику, що виходить за межі Стандартної моделі.
Фізики елементарних частинок люблять стикати частинки, спостерігаючи, що з цього виходить. Такі експерименти допомагають нам виявляти частинки та процеси, передбачені Стандартною моделлю, як-от бозон Хіггса, або натякати на те, що ми чогось не врахували, наприклад, розпад B-мезона.
“Стандартна модель описує фундаментальні сили та будівельні блоки Всесвіту. Це надзвичайно успішна теорія, але існує кілька таємниць, які Стандартна модель не може пояснити, наприклад, природу темної матерії та причини дисбалансу між матерією й антиматерією у Всесвіті”, – пояснив професор Марк Томпсон, голова Ради наукових та технологічних установ і учасник експерименту NA62 у 2020 році.
“Фізики шукають теоретичні розширення Стандартної моделі. Вимірювання ультрарідкісних процесів є захопливою можливістю для дослідження цих варіантів, з надією відкрити нову фізику поза Стандартною моделлю”.
Одним із таких рідкісних подій, які досліджуються в рамках експерименту NA62, є розпад зарядженого каона на заряджений піон та пару нейтрино й антинейтрино. Каони, або K-мезони, – це цікаві частинки, що складаються з двох кварків. Заряджені каони (K+) складаються з одного кварка і одного антикварка. Їхній розпад точно передбачений Стандартною моделлю, і згідно з цими передбаченнями, менше ніж 1 із 10 мільярдів заряджених каонів розпадеться на заряджений піон та нейтрино-антинейтрино.
Експеримент NA62 націлений на пошук цього розпаду, стикаючи високопотужний протонний пучок із нерухомою мішенню, що виробляє вторинні частинки, які можна вимірювати й ідентифікувати (хоча нейтрино виявляються через брак енергії).
У 2020 році команда повідомила про свідчення цієї рідкісної форми розпаду. Тепер, після ще більшої кількості зіткнень, команда зафіксувала 5-сигмове виявлення, що означає всього 0,00006 відсотка ймовірності, що це статистична помилка.
“З цим вимірюванням K+ → π+νṽ стає найрідкіснішим розпадом, визнаним на рівні відкриття – славні 5 сигм”, – сказала професорка фізики частинок Крістіна Лазцероні. “Це важкий аналіз, результат чудової командної роботи, і я надзвичайно горда за цей результат”.
Хоча цей розпад рідкісний, як і передбачено Стандартною моделлю, він трапляється приблизно на 50 відсотків частіше, ніж очікувалося, – приблизно 13 разів на 100 мільярдів. Причини цього розбіжності поки що невідомі, але можливими поясненнями можуть бути нові частинки або нова фізика, що робить ці результати дуже захопливими.
Професор Джузеппе Руджеро з Університету Флоренції додав: “Це кульмінація довгого проєкту, розпочатого понад десятиліття тому. Шукати події в природі, ймовірність яких становить приблизно 10^-11, – це водночас захопливо та складно”.
Команда оголосила свої результати на CERN, але попереду ще багато експериментів та публікацій.
Команда представила свої результати на семінарі ЦЕРН ЕП.
