Нечто из ниоткуда: Найдется ли частица?

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.
Популярная механика
Популярная механика редакция
Нечто из ниоткуда: Найдется ли частица?

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