Экзотические субатомные частицы каоны привлекли внимание своим неожиданным поведением в эксперименте на японском ускорителе частиц KOTO: их распады происходят чаще, чем ожидалось. Если результат подтвердится, то это будет означать существование ранее незамеченных частиц, что опровергнет стандартную модель физики элементарных частиц.
Новая частица пошатнет стандартную модель физики элементарных частиц
Zoltan Tasi / Unsplash

Есть шанс, что результат KOTO будет отменен, говорит Ювал Гроссман из Корнелльского университета. Но «есть вероятность увидеть что-то совершенно новое».

Стандартная модель описывает частицы и силы, которые лежат в основе вселенной. Но остается еще немало загадок. Например, почему во вселенной больше материи, чем антивещества. Одной из областей, подлежащих изучению, являются очень редкие распады каонов. Стандартная модель содержит точные прогнозы частоты их распадов, и KOTO, расположенный в Японском исследовательском комплексе протонных ускорителей в Токае, был создан для их проверки.

Согласно стандартной модели, KOTO должен был зафиксировать лишь один распад на 10 млрд каонов. Но заявлено было о четырех потенциальных распадах. «Это, безусловно, потрясающе», — говорит физик Яу Ва из Чикагского университета. Но эксперименты в области физики элементарных частиц отличаются ложными сигналами, которые могут имитировать реальные частицы. По словам Ва, необходимо провести дополнительные исследования, прежде чем утверждать, что распады реальны.

Это не помешало физикам обдумать последствия открытия. Объяснения аномалиям предложены уже в нескольких научных работах.

KOTO ищет определенный распад каона на три другие частицы. Одна из этих частиц, пион, излучает свет, который обнаруживает КОТО. Две других, нейтрино и антинейтрино, проходят через детектор без вспышки. Это означает, что KOTO ищет конкретную подпись: один пион и больше ничего. Одно из возможных объяснений четырех распадов состоит в том, что каон может распадаться на пион и частицы нового типа, которые, подобно нейтрино, не оставляют следов. Этот сценарий будет воспроизводить однопионную сигнатуру, которую ищет KOTO, и может случаться чаще, объясняя дополнительные распады.

Но тут есть подвох. KOTO изучает каоны, которые не имеют электрического заряда. При этом другие эксперименты по изучению заряженных каонов не фиксируют аномалий. Это несоответствие трудно объяснить: если новая частица действительно существует, то она должна отображаться при распаде обоих типов каонов.

Тем не менее, есть способы обойти эту проблему, заявляет физик Теппей Китахара в статье, опубликованной в Physical Review Letters. Например, причина разных результатов может крыться в разных размерах аппаратов для изучения каонов. По словам Китахары из японского Университета Нагоя длина КОТО всего в несколько метров «очень мала» по сравнению с другими аппаратами. «Это означает, что нестабильные новые частицы могут легко покидать детектор». Из большого детектора частицам труднее выбраться незаметно.

Японский ускоритель частиц KOTOJapan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) Center

Новая частица может распасться на другие частицы. Возможно, именно их и обнаруживает детектор. Это тоже может объяснять, почему KOTO видит избыточные распады, а другие аппараты — нет.

Понравилась статья?
Самые интересные новости из мира науки: свежие открытия, фотографии и невероятные факты у вас на почте.
Спасибо.
Мы отправили на ваш email письмо с подтверждением.