Уже не первый день заголовки новостных лент пестрят сообщением о том, что в американском ускорителе частиц обнаружено «нечто, нарушающее законы физики». Разберемся же, что там на самом деле произошло.
Нечто из ниоткуда: Найдется ли частица?
Один из детекторов на ускорителе Tevatron

Лишь пару дней назад мы рассказывали о том, как на протон-антипротонном ускорителе Tevatron открыли новую элементарную частицу («Прелестная и дважды странная»), и вот теперь пришло время рассказать об еще более неожиданной находке, сделанной здесь. Первые сообщения о нем прошли по новостным лентам еще несколько недель назад, но только недавно появилась достоверная информация, которой стоило ждать: уж больно загадочным оказался обнаруженный физиками эффект.

Действительно, работающий на Tevatron детектор частиц CDF заметил нечто, совершенно не укладывающееся в современные квантово-механические теории.

На ускорителе протоны и антипротоны разгоняются до околосветовых скоростей и сталкиваются лбами. А детектор CDF отслеживает все, происходящее в результате этих аварий: появляющиеся и исчезающие нестабильные частицы, их превращения и распад, траектории и энергии. Все происходит в довольно небольшом объеме трубки диаметром каких-то 1,5 см, а окружающая ее тонкая электроника следить за процессом.

В ходе одного из экспериментов детектор CDF наблюдал за поведением b-кварков и b-антикварков (немного подробнее о кварках мы рассказывали в уже упомянутой статье: из этих «очень элементарных» частиц построено много других элементарных частиц — в том числе, привычные всем протоны и нейтроны). По всем законам, все должно было происходить примерно так.

Пролетев пару миллиметров каждый в свою сторону, оба кварка должны распасться, образовав по нескольку штук других частиц — в том числе, по мюону. Кстати, мюоны относятся к классу лептонов, как и электрон — только они «нечувствительны» к сильному взаимодействию и вдобавок в сотни раз тяжелее электрона, они вообще крайне плохо взаимодействуют с материей.

Однако все оказалось иначе. Во‑первых, мюонов было больше, намного больше, чем должно было быть. Откуда они так расплодились? Неизвестно. Во‑вторых (и главных), появлялись большинство из них вовсе не там, где происходило столкновение! Теперь вы поняли, в чем загвоздка? Кварки появляются и распадаются внутри небольшой трубки, где сталкиваются протон с антипротоном — а мюонов вдруг обнаруживается целая стая, причем большинство вообще вне трубки и не оставляют никаких следов на тех частях детектора, которые обращены в центр событий!

Подобное поведение ученые пока никак не могут объяснить на основе стандартной модели — основной теории в современной физике элементарных частиц, предсказания которой до сих пор сбывались с поразительной точностью. По словам главы работающих с CDF ученых Якобо Конигсберга (Jacobo Konigsberg), «хочу сказать с предельной ясностью, что у нас нет ясного объяснения этому явлению».

В то же время, ряд физиков-теоретиков уже вооружились формулами и принялись рассуждать о том, что бы это могло быть. Одно из предположений выдвигает версию о том, что в ходе распада кварка и антикварка образуется некая неизвестная нестабильная частица с временем жизни около 20 пикосекунд. За это время она успевает пролететь примерно 1 см (за пределы тестовой трубы) — и уже там распадается на мюоны.

Другие ученые выдвигают даже версию с темной материей (предметом, по определению недоступным прямому наблюдению, заметить который можно только по гравитационному влиянию на обычную материю — обычно этим объясняют некоторые «несостыковки» в астрофизических явлениях). Считается, что частицы темной материи могут взаимодействовать друг с другом, как и частицы материи обычной, посредством особого класса частиц — переносчиков взаимодействий. Масса этих «переносчиков темных взаимодействий» составляет 1 ГэВ — что довольно точно подходит под характеристики неизвестной частицы, породившей мюоны в эксперименте на CDF.

В любом случае, сказать что-либо определенно пока нельзя — возможно, это вообще был артефакт экспериментальной установки. Хотя под сообщением о неординарном опыте стоят подписи сотен проводивших и повторявших эксперимент физиков, стоит ожидать, что в ближайшее время его попытаются воспроизвести и в других лабораториях мира. А уж теоретических спекуляций будет море… Так всегда бывает, когда вновь открывается «окошко» в неведомое.

По сообщению New Scientist Space