Ранее мы уже рассказывали о масштабном эксперименте, направленном на проверку достоверности Стандартной модели, который проводится в стенах Института ядерной физики СО РАН на коллайдере ВЭПП-2000. На самом деле, этой задаче уже более полувека, и связана она с одной из главных задач физики: узнать, как устроен мир. Если точнее – насколько верно описывает устройство микромира так называемая Стандартная модель и возможно ли существование неких элементарных частиц вне её. Пока такая возможность существует лишь в теоретических построениях, которые еще называю Новой физикой. Но ряд ученых надеется, что с ее помощью удастся объяснить происхождение массы, темной материи, темной энергии и еще ряд нерешенных задач теоретической физики.
Но обнаружить и идентифицировать субатомные частицы, многие из которых существуют на продолжении ничтожной доли секунды – задача, мягко говоря, нетривиальная. Путь для ее решения был выбран соответствующий: все частицы обладают измеряемыми параметрами – массой, зарядом и магнитным моментом. Последний может меняться в результате взаимодействия с соседними частицами. Это изменение физики называют аномальным магнитным моментом и его тоже можно измерить. Еще его можно рассчитать в рамках упомянутой Стандартной модели. А потом сравнить результаты экспериментального замера и расчетов. Если они совпадут, значит модель верна, если будет доказано расхождение – оно и станет доказательством существования той самой Новой физики за пределами Стандартной модели.
Звучит не так уж сложно, но на практике большая коллаборация физиков со всего мира решает эту задачу несколько десятилетий. В их числе – ученые из ИЯФ СО РАН. От них ожидали еще одного доказательства в пользу существования Новой физики, но последние результаты, напротив, подтвердили правильность Стандартной модели. Впрочем, обо всем по порядку.
Аномальный магнитный момент (АММ) есть у любой элементарной частицы, но наиболее интересно изучать его у мюона. «У этой частицы сразу несколько плюсов, физики умеют получать их в большом количестве, они живут относительно долго – целых 2 микросекунды, а еще мюон в 200 раз тяжелее электрона и благодаря этому в 40 тысяч раз чувствительнее к влиянию тяжелых частиц, которые являются главными кандидатами на объекты Новой физики», - рассказал заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе, д.ф.-м.н Иван Логашенко.
Американские ученые из Фермилаб провели очередную серию экспериментов, в ходе которых измерили АММ мюона с огромной точностью (до половины миллионной доли и в дальнейшем намерены повысить точность еще). А их коллеги из ИЯФ, используя свой уникальный коллайдер (который и проектировался как раз под решение подобных задач) провели другие эксперименты, которые необходимы для проведения теоретических расчетов в рамках Стандартной модели. Эта работа длилась не один год и ученые обработали данные почти о сотне миллионов событий (так называют столкновения между элементарными частицами в пучке коллайдера). И получили неожиданные и впечатляющие результаты.
«Результаты первых измерений, которые мы публиковали в прошлые годы, казалось подтверждали существование аномалии: мы увидели разницу между расчетами и экспериментальными данными. Причем, разницу достаточно значимую. Как мы говорим, три стандартных отклонения (или в три единицы точности измерения данного эксперимента). Но для такого сложного эксперимента и таких сложных расчетов – это была недостаточная разница, чтобы со стопроцентной уверенностью делать какие-то выводы. Мы продолжили свою работу и добились точности измерений лучше 1 %», - отметил Иван Логашенко.
По словам ученого, новые результаты напротив гораздо сильнее сближают экспериментальные и расчетные данные, что говорит в пользу верности Стандартной модели.
Есть еще один аргумент в пользу достоверности полученных результатов. В последние годы появился еще один метод расчета вклада сильных взаимодействий в АММ – вычисления на решетке. Он основан на компьютерном моделировании и ранее был недоступен из-за слишком большого объема данных, требующих обработки. Но вычислительные мощности растут и в 2021 году зарубежными учеными был сделан такой расчет, также с точностью более 1 процента. И результат решеточных вычислений в рамках Стандартной модели тоже оказался близок к экспериментальным данным.
Так что же – можно считать вопрос со Стандартной моделью закрытым и никакой Новой физики быть не может? По словам новосибирских ученых, дело обстоит несколько иначе.
«Наши результаты не отменяют возможность существования Новой физики. Они просто сдвигают границы ее возможного существования в область еще более массивных элементарных частиц, чье влияние на АММ столь ничтожно, что мы не можем измерить его с помощью существующей приборной базы. А значит, нам предстоит работать в этом направлении дальше», - пояснил Иван Логашенко.
Впрочем, в данном случае речь идет о десятилетиях, которые потребуются, чтобы сначала спроектировать и построить новые ускорители и более чувствительные детекторы, а потом получить и обработать необходим объем данных (напомним, речь идет о десятках миллионов столкновений частиц, которые потом анализируются учеными). В ближайших же планах физиков ИЯФ – всесторонняя проверка полученного результата с привлечением международного научного сообщества. Тем более интерес к полученному результату в мировой науке очень высок.
Сергей Исаев
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии