Редкое событие – необычный распад Bs-мезона, зарегистрированный в эксперименте на Большом адронном коллайдере, подтвердил правильность современных представлений об элементарных частицах.
В ЦЕРНе готовят Большой адронный коллайдер к новым экспериментам, которые по плану должны начаться уже в июне этого года. В 2013 году работа ускорителя была остановлена, однако обработка и анализ уже полученных данных не прекращались. И вот, 13 мая в престижном журнале Nature вышла статья о новом открытии, сделанном коллаборациями CMS и LHCb. Исследователи наблюдали очень редкое событие – распад B0s мезона на два мюона. Этот процесс должен был подтвердить или опровергнуть существование некоторых теорий, которые физики предложили для описания мира элементарных частиц. Но результат оказался несколько разочаровывающим – новой физики обнаружено не было, а Стандартная Модель, которой оперируют исследователи, в очередной раз устояла. Почему, однако, это открытие привлекло такое большое внимание?
Схема регистрации распада мезона B0s на два мюона на детекторе LHCb (Large Hadron Collider beauty). Вероятность этого распада, установленная в эксперименте на БАК, оказалась в соответствии с предсказаниями Стандартной Модели, что не оправдало ожиданий физ
В 70-х годах прошлого века физиками была сформулирована так называемая Стандартная Модель – теоретическая конструкция, которая описывает взаимодействие элементарных частиц. Но вселенная не была бы такой интересной, если бы все в ней объяснялось всего лишь одной теорией. Так и Стандартная Модель, даже не смотря на свое хорошее согласие с экспериментом, не может объяснить абсолютно все. Например, за рамками этой теории пока находятся гравитация и темная материя. Эти моменты и побуждают исследователей выдвигать новые теории или улучшать уже имеющиеся, а также пытаться найти те несоответствия между Стандартной Моделью и реальным экспериментом, которые могут указать на новую физику. Одной из таких теорий, дополняющих Стандартную Модель, стала теория Суперсимметрии. Именно с проверкой этой теории связаны ряд крупных экспериментов на БАКе.
Как проверить гипотезу на коллайдере? Существуют два пути. Первый из них заключается в поиске новых элементарных частиц, которых нет в Стандартной Модели. Если в ускорителе физики смогут зафиксировать рождение новой частицы, это, естественно, сразу станет открытием и повлечет за собой пересмотр существующих теорий. Другой вариант, может быть не столь драматичный, это точное измерение параметров модели и эксперимента. И если вдруг окажется, что теория предсказывает одни значения, а в эксперименте обнаружились другие – то это может стать поводом пересмотреть теорию, хотя перепроверить эксперимент тоже бывает полезно, ошибки бывают у всех. Почему внимание физиков так привлек распад B0s мезона? Дело в том, что Стандартная Модель и теория Суперсимметрии предсказывают разную вероятность этого события. И если удастся зафиксировать, что этот распад происходит чаще, чем это предсказывает Стандартная Модель, тогда теория Суперсимметрии получит определенное подтверждение. Именно с наблюдением этого процесса физики связывали надежды на новую теорию, однако, Стандартная Модель не захотела сдавать свои позиции.
Схема регистрации распада B0s→μ+μ– на детекторе CMS (Compact Muon Solenoid). Вероятность такого распада чрезвычайно мала, порядка нескольких событий на миллиард. Детектор CMS был разработан при участии Петербургского института ядерной физики. Фото: CMS
Физики занимаются поиском свидетельств распада B0s мезона уже давно, около 30 лет. Сложность состоит в том, что вероятность этого события чрезвычайно мала – порядка нескольких таких распадов на миллиард других. Это значит, что перед исследователями стоит задача: как зафиксировать это крошечное событие на общем фоне. К слову сказать, поиск иголки в стоге сена представляет собой несравненно более простое дело. В ряде первых экспериментов физикам удалось лишь установить приблизительную оценку «сверху» этого события – но точность полученных данных не позволяла судить о том, вписывается ли этот распад в Стандартную Модель или нет. Погрешность эксперимента была слишком высока. Но вот сейчас, анализируя накопленные данные с двух детекторах CMS и LHCb, исследователи пришли к выводу, что вероятность распада B0s мезона с высокой точностью описывается в рамках Стандартной Модели, и это «окно» в мир Суперсимметрии, на которое физики возлагали большие надежды, оказалось закрыто. Правда, это ничуть не означает, что Стандартная Модель утвердилась окончательно и бесповоротно, а физики бросят попытки найти факты, ее опровергающие. Просто оно сузило область, в которой можно искать новые факты и указало исследователям на другие, более вероятные места поиска.
Напоследок стоит отметить, за счет чего удалось сделать это открытие. Оно стало результатом труда двух коллабораций исследователей CMS и LHCb, работающих на Большом адронном коллайдере, а это огромный коллектив ученых со всего мира. Один только список соавторов статьи в журнале Nature, посвященной этому открытию, занимает целых четыре страницы мелким шрифтом, а еще пол-листа занимает список участвующих в исследовании институтов и научных центров, в том числе и из России. Как отмечают сами участники проекта, нельзя выделить чей-то отдельный или самый важный вклад в полученный результат – работа всех членов коллаборации незаменима. Поэтому ЦЕРН можно считать одним из самых удачных примеров международного сотрудничества, которое успешно развивается, не смотря на разногласия в других сферах.
По материалам Nature, CERN и пресс-конференции, состоявшейся 15 мая 2015 г. в МИА «Россия сегодня» (в пресс-конференции, организованной STRF совместно с МГУ им. М.В.Ломоносова, принимали участие российские участники эксперимента из НИИЯФ МГУ, ИТЭФ, ПИЯФ и ИЯФ СО РАН).
Автор: Максим Абаев
Источник: nkj.ru
