Самый большой и мощный в мире ускоритель частиц, Большой Адронный Коллайдер, находящийся в Женеве, Швейцария, используется для проведения ряда экспериментов, целью которых являются поиски ответов на вопросы, связанные с природой и строением Вселенной на уровне самых маленьких частиц. До последнего времени практически все полученные результаты более-менее укладывались в рамки базовой теории физики элементарных частиц, известной под названием Стандартная Модель. Однако, некоторое время назад в данных эксперимента LHCb начали проявляться незначительные отклонения между теоретическими предсказаниями и экспериментальными данными. И после трех лет тщательного анализа данных это аномальное несоответствие остается неизменным, что может служить потенциальным указателем на присутствие некоей пока неизвестной ученым новой области физики.
Ускорители частиц, если смотреть на это все с сильно упрощенной точки зрения, производят поиски новых частиц при помощи всем известного уравнения E=mc2, согласно которому энергия и масса элементарных частиц являются эквивалентами. Ускорители разгоняют частицы до скоростей, очень близких к скорости света и сталкивают их друг с другом или мишенями из различных материалов в областях, где установлены высокочувствительные детекторы. При таких столкновениях часть энергии превращается в другие частицы, которые практически никогда не встречаются в “чистом виде”, именно таким образом и был обнаружен знаменитый бозон Хиггса. Точно таким же образом ученые ищут и новые области физики, анализируя процессы распада, называемые термином затухание.
Самым широко изученным редким видом затухания частиц является B0 -> K*0µ+µ (распад B-мезона на каон и два мюона). Частица B0 состоит из нижнего и анти-нижнего кварков, когда она распадается указанным выше видом затухания, образуется каон K*0, состоящий из нижнего и анти-странного кварков, который продолжает затухать дальше, плюс два мюона, которые являются более тяжелыми “сородичами” электрона.
Изучение этого вида распада затрудняется его редкостью. Лишь некоторые из миллиардов столкновений частиц в коллайдере порождают мезон B0, и лишь малая часть этих мезонов будет затухать при помощи интересующего ученых вида распада. Из-за этого физикам требуется огромное количество данных для сбора статистики, которая дает ответ на вопрос, соответствует ли теории наблюдаемое явление? Проведенный недавно анализ имеющихся данных показал, что несоответствие, о котором упоминалось выше, все еще сохраняется, но имеющихся данных еще недостаточно для получения достоверности результатов в 5 сигма, после которых можно объявлять о состоявшемся открытии.
Так в чем же заключается найденное учеными несоответствие? Согласно Стандартной Модели, получающиеся во время распада вторичные частицы должны разлетаться из точки распада под определенными углами, которые зависят от многих факторов, включая энергию, массу и взаимодействия между частицами. Эти углы, в свою очередь, используются для вычисления так называемых ассиметрий, таких, как ассиметрия между двигающимися вперед и назад мюонами в данном конкретном случае. Подавляющее большинство значений этих ассиметрий вписывается в рамки Стандартной Модели, но в некоторых случаях комбинация углов в системе затухания дает такое значение, которое достаточно ощутимо отличается от предсказаний Стандартной Модели.
Причина, которая вызывает появление несоответствия, пока еще неизвестна. Ею может являться какая-то новая частица, но физики не исключают существования и более “приземленных” объяснений, таких, как взаимодействия между кварками, которые могут оказывать дополнительное влияние на все происходящее.
В ближайшем времени ученые эксперимента LHCb собираются провести еще один расширенный анализ данных, в которые будут включены массивы, собранные в 2017 и 2018 году. Это, согласно питаемым надеждам, позволит им приблизиться вплотную к уровню достоверного научного открытия, что станет основой для новых захватывающих “историй” в области физики.