Четыре частицы из миллиарда подтвердили Стандартную модель

Фото: CMS/CERN
// Физик Николай Никитин о распаде нейтрального Bs-мезона
Николай Никитин

В начале мая в престижном журнале Nature вышла статья, появление которой  позволяет нам говорить, что в области физики элементарных частиц произошло по-настоящему интересное событие (кстати, в числе соавторов — учёные из восьми российских институтов). Представленные в ней результаты свидетельствуют, что, по данным 2011 и 2012 года, сразу две коллаборации, CMS и LHCb, наконец с высокой степенью достоверности обнаружили редчайший распад частицы, которая называется нейтральным Вs-мезоном, на два мюона разного знака. С одной стороны, все этому очень обрадовались, потому что речь идёт о событии, мягко говоря, редком. А с другой — как это ни странно, огорчились. Дело в том, что Стандартная модель физики предсказывает распад Bs-мезонов именно с такой вероятностью, с которой он произошёл: 2,8 х 10-9. То есть из миллиарда Bs-мезонов на пару мюонов распадаются только четыре. Стандартная модель запрещает Bs-мезонам делать это чаще. Результаты экспериментов подтвердили этот факт. Но учёные-то надеялись, что запрет будет нарушен! Это был бы ещё один шанс на то, что за пределами Стандартной модели существует суперсимметрия, наличие которой расширяет границы современной физики. Вот такой вот научный дуализм: то ли радоваться, то ли огорчаться. Прокомментировать эту новость мы попросили одного из соавторов статьи в журнале Nature.

Николай Никитин. Доцент кафедры физики атомного ядра и квантовой теории столкновений физфака МГУ им. М. В. Ломоносова, старший научный сотрудник НИИ ядерной физики МГУ, кандидат физико-математических наук.

Вероятность распада Вs-мезонов на пару мюонов с электрическим зарядом разного знака составляет примерно четыре случая на миллиард. По каким критериям искать эти распады? Ведь вместе с Bs-мезонами одновременно рождаются сотни других частиц. Некоторые из этих частиц успешно «маскируются» под интересующий нас распад и мешают его поискам. Поэтому придумывание критериев, которые помогут найти интересные события среди множества ненужных — физики говорят «фоновых», — является сложной задачей. Её решение для распада Bs-мезонов на пару мюонов требует очень большой статистики и высочайшей квалификации физиков.

Статье в Nature предшествовали ещё две на ту же тему, которые были опубликованы в специализированных научных журналах в 2011 и 2013 году. Но именно публикация в Nature окончательно доказывает, что распад Вs-мезонов действительно происходит и что его вероятность находится в полном согласии с предсказаниями Стандартной модели. То есть открытие случилось именно сейчас!

Вs-мезон — частица, состоящая из двух кварков, один из которых — b-кварк (его ещё называют «прелестным» и «верхним»). Время жизни: 1,6 × 10-12 секунды.

Мюон — элементарная частица. В каком-то смысле напоминает электрон, только гораздо тяжелее и совсем нестабильная.

Почему же мы, тем не менее, не очень обрадовались подтверждению правильности предсказаний Стандартной модели с недостижимым ранее уровнем точности? Физикам давно известно, что Стандартная модель — это только приближение к модели, которая могла бы с единой точки зрения описать все законы нашего мира. Например, она не может объяснить существование тёмной материи, не включает в себя гравитацию, пасует перед вопросом, почему массы элементарных частиц именно такие, а не какие-либо другие или почему вокруг нас материи гораздо больше, чем антиматерии.

Сейчас ситуация в физике элементарных частиц напоминает состояние науки в Древней Греции. У греков было множество философских обобщений о том, какие элементы могут являться первоосновой мира, но не было экспериментов, которые бы подтверждали хоть одну из гипотез. Вот и сейчас теоретики придумали сотни обобщений Стандартной модели, но есть ли среди них правильное, могут сказать только экспериментаторы. А эксперимент в очередной раз продемонстрировал полный триумф Стандартной модели.

Один из надёжных путей поиска новых явлений — со всё более высокой точностью тестировать Стандартную модель. Собственно, в этом заключается основная причина того, что мы стремимся измерять всё более и более редкие распады. Я надеюсь, что на этом пути мы добьёмся успеха. И об этом еще узнают читатели журнала «Кот Шрёдингера».

 

 

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №6 (08) за июнь 2015 г.