Категории: Новости

ЦЕРН подтверждает трансформацию ультраредких частиц и намекает на новую физику

В коллайдере частиц в ЦЕРН редко наблюдаемое событие приближает нас к порогу новой физики.

После многих лет проведения так называемого эксперимента NA62 физик элементарных частиц Кристина Лаззерони из Бирмингемского университета в Великобритании и ее коллеги установили, экспериментально наблюдали и измерили распад заряженной каонной частицы на заряженный пион и пару нейтрино-антинейтрино. Исследователи представили свои результаты на семинаре ЦЕРН.

Это захватывающий материал. Причина, по которой команда так неустанно преследовала этот очень специфический тип канала распада на протяжении более десяти лет, заключается в том, что это так называемый «золотой» канал, то есть он не только невероятно редок, но и хорошо предсказан сложной математикой. составляет Стандартную модель физики.

Эта редкость и точность делают его высокочувствительным датчиком для обнаружения новой физики. Однако только собрав невероятное количество данных, охватывающих бесчисленные столкновения частиц, команда смогла подтвердить точность своего открытия в соответствии со знаменитым стандартом статистической достоверности «пять сигм».

«Этот сложный анализ представляет собой результат отличной командной работы, и я чрезвычайно горжусь этим новым результатом», — говорит Лаццерони.

Каоны состоят из комбинации кварка и другой кварковой античастицы, связанных сильным взаимодействием, которые быстро распадаются в довольно уникальную моду физики называют «странной». Эта странная характеристика сделала их удобным инструментом для определения правил поведения частиц в целом.

Производство каонов не представляет особой сложности, если у вас есть подходящее оборудование. Используя суперпротонный синхротрон в ЦЕРНе, исследователи запускают луч протонов высокой энергии в неподвижную бериллиевую мишень. Это создает вторичный пучок примерно с миллиардом частиц в секунду, около 6 процентов из которых представляют собой своего рода заряженные каоны.

Каоны не имеют длительного срока службы; они формируются и распадаются за стомиллионную долю секунды. Таким образом, во вторичном пучке распад каона происходит постоянно, обычно превращаясь в сверхтяжелого родственника электрона, называемого мюоном, и нейтрино.

Однако примерно 13 из каждых 100 миллиардов каонов распадаются. , в результате получается антинейтрино, нейтрино и нестабильная частица, состоящая из другого сорта кварка и антикварка, называемого пионом.

«Каоны и пионы — это частицы, содержащие кварки. Тот факт, что кварки имеют разные Типы (верхний, нижний, странный, очарование, красота, верх) называется ароматом», — рассказал Лазерино журналу ScienceAlert.

«Редкость этого распада связана с тем фактом, что в нем присутствует изменение аромата кварка, опосредованное Z-бозоном и приводящее к образованию пиона и нейтрино. Это может произойти только в результате довольно сложного процесса, поэтому его редкость».

Объем распада каона, необходимый для наблюдения этого процесса, равен. астрономический, но на этом проблемы не заканчиваются. Нейтрино, как известно, трудно обнаружить и так, и они почти мгновенно аннигилируют вместе со своим партнером-антинейтрино; в эксперименте NA62 исследователи не предпринимают никаких попыток обнаружить пару нейтрино и антинейтрино.

Это всего лишь заряженный пион, или «пи+», иголка среди огромного стога сена из других заряженных каонов ( K+) распадается.

«Все остальные распады K+, которые мы хотим отбросить, называются фоновыми и содержат обнаруживаемые частицы. Задача состоит в том, чтобы обнаружить все из них и всегда, так чтобы когда мы видим от K+ до pi+ и ничего больше, мы уверены, что ничего не потеряли, и это действительно сигнал», — объяснил Лаззерино.

Вот почему, когда команда еще в прошлом году объявила о своем первом наборе результатов, В 2019 году они не достигли уровня статистической уверенности в пять сигм, на котором они обнаружили. Теперь они достигли этого порога.

Теперь, когда канал распада установлен, исследователи могут перейти к поиску любых отклонений, которые могут указывать на новую физику. Число распадов каонов на пионы и нейтрино/антинейтрино, которые наблюдала команда, превышает 8,4 на 100 миллиардов, предсказанных Стандартной моделью, но все еще находится в пределах параметров неопределенности.

Чтобы найти новую физику, необходимо будет наблюдать более высокое отклонение в количестве распадов.

«Стандартная модель до сих пор очень хорошо предсказывала наблюдения, но мы знаем, что у нее должны быть недостатки. Например, она не включает модель темной материи, а дисбаланс материи-антиматерии на порядки слишком мал по сравнению с тем, что необходимо для представления Вселенной. В общем, мы ожидаем появления новой физики, что именно, неизвестно. ожидаем присутствия новых частиц (и сил), — сказал Лаззерони.

— NA62 уже накопила больше данных и будет продолжать работать еще три года. Имея всю совокупность данных, мы сможем установить. с некоторой точностью, если это соответствует Стандартной модели».

Как чудесно.

Команда представила свои результаты на семинаре ЦЕРН.

Виктория Ветрова

Космос полон тайн...

Недавние Посты

Квантовый компьютер генерирует действительно случайное число в научном первом

Квантовая машина использовала запутанные кубиты для создания числа, сертифицированного как по-настоящему случайное впервые, демонстрируя удобную…

04.04.2025

Материя против антиметра: открытие LHC может объяснить, как вселенная избежала облитерации

материя и антивещество должны были полностью уничтожить друг друга назад, оставив вселенную очень пустое место.…

04.04.2025

Чрезвычайно странный рок, найденный на Марсе, выглядит как ничто другое вокруг него

Еще раз, Марс подарил нам пример чего -то, что, кажется, в изобилии: чрезвычайно необычные и…

04.04.2025

Загадочная история черной дыры была расширена учеными

Одним из распространенных заблуждений о черных дырах является то, что они поглощают не только значение,…

04.04.2025

Тени Луны могли содержать микробы. Вот почему это беспокойство.

Могут ли микробы выжить в постоянно тенированных регионах (PSR) Луны? Осевой наклон. Это исследование может…

03.04.2025

Звезды тоже получают черви, и «песни» могут рассказать нам свою историю

«Музыка» станородок-огромные вибрации, вызванные разрывами пузырьков газа, которые волнуют по всему телам многих звезд-могут раскрыть…

03.04.2025