Нова фундаментальна сила. Що відкрили фізики

 

Дослідники виявили явища, які не можна пояснити Стандартною моделлю - теорією, яка описує взаємодію всіх елементарних частинок.

 

Вчені стверджують, що, можливо, виявили нову, п'яту силу природи, яка може пояснити давні наукові загадки і поліпшити розуміння Всесвіту. Розповідаємо подробиці.

 

На порозі Нової фізики

 

Група вчених із 46 наукових центрів і семи країн оприлюднила перші результати експериментів з мюонами - фундаментальними частинками, що являють собою крихітні магніти, які обертаються навколо власної осі. Мюони схожі на електрони, тільки в 200 разів важчі.

 

Проведене дослідження Muon g-2 (Мюон джи мінус 2) - це продовження роботи, яку вчені почали в 1990-х роках у Брукхейвенській національній лабораторії. Тоді фізики займалися виміром магнітної властивості мюонів і отримали результат, який не вписувався у Стандартну модель.

 

Стандартна модель - загальноприйнята наразі теоретична конструкція, що описує взаємодію всіх елементарних частинок у Всесвіті. Вона передбачає чотири фундаментальні взаємодії: електромагнітну, сильну, слабку і гравітаційну.

 

Теорія всього. Навіщо науці новий величезний колайдер

 

Всі вони будуються на одному принципі: сила між частинками виникає за рахунок обміну деяким посередником, переносником взаємодії.

 

Ці чотири фундаментальні взаємодії пояснюють все, що ми бачимо. Всі інші сили, такі як тертя або пружності, є вторинним ефектом цих взаємодій.

 

Стандартна модель отримує дуже гарне експериментальне підтвердження, і відносно недавні відкриття бозона Хіггса завершило цю цілісну картину.

 

Проте це зовсім не остаточна теорія. Про це говорить, наприклад, наявність у Всесвіті темної матерії або антиматерії, яка не вкладається у Стандартну модель. І зараз вчені підходять до так званої Нової фізики.

 

Стандартна модель точно передбачала так званий g-фактор мюона - показник сили і швидкості обертання частинки в магнітному полі. Цей фактор близький до значення 2, але Брукхейвенські експерименти виявили відхилення в декілька частин на мільйон.

 

Незважаючи на мінімальну різницю, вчені заявили про існування невідомих раніше науці взаємодій між мюоном і магнітним полем.

 

Експеримент Muon g-2 у Національній прискорювальній лабораторії імені Фермі (Фермілаб) у Чикаго 7 квітня опублікував результати експерименту, який мав з високою точністю виміряти значення аномального магнітного моменту мюона.

 

Щоб визначити значення g-2 мюона, близьке до істинного, дослідники створили пучки частинок, які рухалися по прискорювачу, подібному до всім відомого Великого адронного колайдера, де відкрили бозон Хіггса.

 

Вид на територію Фермилаба з повітря. Кільце на передньому плані - Головний інжектор Теватрона, кільце на задньому плані - Теватрон

 

Це велике порожнє кільце з сильним магнітним полем. Поле утримує мюони в кільці і змушує їх обертатися. Це явище називається прецесією і схоже з обертанням земної осі, тільки його швидкість набагато вища.

 

Отримане значення співпало з результатами аналогічного експерименту E821 в Брукхейвенській національній лабораторії, а разом два виміри відрізняються від прогнозів Стандартної моделі зі статистичної точністю в 4,2σ (сигми).

 

Це означає, що такі дані укладаються в Стандартну модель з ймовірністю в один випадок з, приблизно, 40 тисяч.

 

Таке відхилення від теорії при подальшому зменшенні похибки вимірювань може вказати на існування ще не відкритих частинок або сил у рамках Нової фізики, підкреслили вчені.

 

У ході представленого аналізу використовувалися дані тільки першого сеансу роботи експерименту, після закінчення якого в установку були внесені поліпшення: збільшилася стабільність системи подачі пучка мюонів у магніт і зменшилися коливання температури, що впливають на коливання магнітного поля.

 

На думку вчених, все це говорить про те, що в ході наступних сеансів статистична точність відхилення результатів від пророкувань Стандартної моделі буде збільшуватися, а значить, у фізиків з'явиться доказ існування Нової фізики.

 

"Це неймовірно захоплюючий результат. Ці відкриття можуть мати велике значення для майбутніх експериментів з фізики елементарних частинок і можуть привести до глибшого розуміння того, як влаштований Всесвіт", - розповів співавтор дослідження Ран Хонг.

 

Хонг зазначив, що частинки за межами Стандартної моделі можуть пояснити загадкові явища у фізиці, як природа темної матерії.

 

Британська Рада з науково-технічного устаткування вже оголосила, що результати експериментів дають вагомі підтвердження існування досі невідомої субатомної частки або нової сили.

 

"Ми виявили, що взаємодія мюонів не узгоджується зі Стандартною моделлю. Зрозуміло, що ми всі в захваті, бо це відкриває майбутнє з новими законами фізики, новими частинками і новими, небаченими досі силами", - цитує BBC News керівника експерименту з британської сторони професора Марка Ланкастера.

 

Щодо можливої, але невідкритої субатомної частки, є відразу кілька припущень. Це може бути так званий лептокварк (частка, що переносить інформацію між кварками і лептонами) або Z-бозон (який сам для себе служить античастинкою).

 

Темна сторона Всесвіту. Скільки проживе теорія Ейнштейна

 

В кінці березня фізики з CERN, які проводили експеримент на Великому адронному колайдері, говорили, що отримані результати можуть свідчити про наявність нової частинки і сили.

 

У прес-релізі дослідження на сайті CERN повідомляється, що під час пробігів частинок на ВАК фізики ретельно вивчали рідкісні розпади парних кварків (B-мезонів). Виявилося, що В-мезони розпадаються на різні кількості електронів і мюонів, що суперечить прогнозам Стандартної моделі.