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?
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.
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.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение