» » Крах Стандартной модели – колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

Крах Стандартной модели – колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

Крах Стандартной модели – колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

Мюонное кольцо g-2 в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Fermilab, США), работает при температуре минус 450 градусов по Фаренгейту и изучает колебания мюонов при прохождении через магнитное поле.

Вот и наступил долгожданный момент – на этой неделе ученые объявили о существовании неизвестных для науки элементарных частиц и взаимодействий между ними, которые жизненно необходимы для природы и эволюции космоса. Наши постоянные читатели наверняка знают, что в последнее время число свидетельств того, что крошечная субатомная частица, похоже, не подчиняется известным законам физики, растет. Новое открытие, о котором поговорим в этой статье, открывает дверь в неизвестность в нашем понимании Вселенной. Как пишет в своем Twitter американский физик-теоретик Митио Каку, полученные результаты свидетельствуют о том, что мюон (его обнаружили в космических лучах) и электрон – которые должны быть идентичны – по-видимому, обладают разными свойствами. Это может являться свидетельством существования некой «высшей теории физики, включающей новые частицы, и одновременно быть подтверждением теории струн». И все же, не все ученые так оптимистичны.

 


Прощай, Стандартная модель?

О том, что одно новое открытие, вероятно, является важнейшим для современной физики, пишут все мировые СМИ. Еще бы – эксперименты с частицами, известными как мюоны, показывают, что существуют неизвестные науке формы материи и энергии. Несмотря на поразительный успех в объяснении фундаментальных частиц и сил, составляющих Вселенную, описание Стандартной модели остается прискорбно неполным.

Во-первых, она не учитывает гравитацию и точно так же молчит о природе темной материи, темной энергии и масс нейтрино. Чтобы объяснить эти явления и многое другое, ученые искали Новую физику (физику за пределами Стандартной модели), исследуя аномалии, в которых экспериментальные результаты расходятся с теоретическими предсказаниями.


Что такое Мюон

Исследователи Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Fermilab, США) в ходе эксперимента Muon g-2 хотели получить точные измерения колебания магнитных мюонов при прохождении через магнитное поле. Если экспериментальное значение магнитного момента этих частиц отличается от теоретического предсказания – аномалия – это отклонение может быть признаком новой физики, в которой на мюон влияет тонкая и неизвестная частица или сила.

Крах Стандартной модели – колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

«Это наш момент посадки марсохода», – сказал Крис Полли, физик из Национальной ускорительной лаборатории Ферми, где проводятся исследования в интервью The New York Times.

Недавно обновленное экспериментальное значение для мюонов, опубликованное в Physical Review Letters, отклоняется от теории лишь на ничтожную величину (0,00000000251) и имеет статистическую значимость 4,2 сигма. Для полной уверенности ученым нужно достичь показателя в 5 сигма. Но даже это крошечное количество может сильно изменить направление физики элементарных частиц.

Как пишет Scientific American, при такой статистической значимости сигмы исследователи пока не могут сказать, что совершили открытие. Но доказательства существования новой физики в мюонах – в сочетании с аномалиями, недавно наблюдавшимися в эксперименте Большого адронного коллайдера Beauty (LHCb) в ЦЕРНЕ близ Женевы – впечатляют и раззадоривают ученых. Подробнее об этом открытии читайте в нашем материале.

Как физики обнаружили аномалию

Представьте себе каждый мюон в виде крошечных аналоговых часов. По мере того как частица вращается вокруг магнита, ее часовая стрелка вращается со скоростью, предсказанной Стандартной моделью. Когда время мюона истекает, он распадается на позитрон, который испускается в направлении часовой стрелки. Но если эта стрелка поворачивается со скоростью, отличной от теоретической – скажем, слишком быстро – распад позитрона в конечном итоге будет направлен в несколько ином направлении. (В этой аналогии часовая стрелка соответствует спину мюона – квантовому свойству, определяющему направление распада мюона.) Обнаружьте достаточно отклоняющихся позитронов, и вы получите аномалию.

Крах Стандартной модели – колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

Кольцо хранения частиц мюона g-2 в здании MC-1 в Fermilab.

Однако то, что эта аномалия подразумевает, неоднозначно. Возможно, что-то не учитывается Стандартной моделью, и это может быть разница между электронами и мюонами. Или же подобный эффект может наблюдаться в электронах, которые в настоящее время слишком малы, чтобы их можно было увидеть. Напомним, что масса частицы связана с тем, насколько она может взаимодействовать с более тяжелыми неизвестными частицами, поэтому мюоны, масса которых примерно в 200 раз больше массы электронов, гораздо более чувствительны.

Ученые также сообщили, что вероятность того, что полученные измерения могут быть случайностью равняются одному из 40 000. Это значительно меньше золотого стандарта, необходимого для официального открытия по стандартам физики, а результаты, полученные исследователями, составляют лишь 6 процентов от общего объема данных, которые мюонный эксперимент, как ожидается, соберет в ближайшие годы.

Новая физика

Сенсационное открытие исследователей из Fermilab является важным звеном в нашем понимании того, что может лежать за пределами Стандартной модели, но у теоретиков, которые ищут новую физику, нет бесконечного пространства для исследования. Любая теория, которая пытается объяснить результаты мюонного эксперимента, должна также учитывать отсутствие новых частиц, в ходе исследований на БАК в ЦЕРН.

Крах Стандартной модели – колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

Осмотр мюонного кольца g-2 в 2013 году.

Интересно, что в некоторых из предложенных на сегодняшний день теорий Вселенная содержит несколько типов бозонов Хиггса, а не только тот, который включен в Стандартную модель. Другие теории ссылаются на экзотические «лептокварки», которые вызывают новые виды взаимодействий между мюонами и другими частицами. Но поскольку многие из простейших версий этих теорий уже были исключены, физикам «приходится мыслить нетрадиционными способами», – пишет National Geographic.

Однако как и Fermilab, эксперимент LHCb нуждается в большем количестве данных, прежде чем заявить о новом открытии. Но даже сейчас сочетание этих двух результатов не дает физикам спать спокойно.

Следующий шаг в этом направлении исследований – повторить полученные результаты. Выводы Fermilab основаны на первом запуске эксперимента, который закончился в середине 2018 года. В настоящее время команда анализирует данные двух дополнительных запусков. Если эти данные будут похожи на данные полученные в ходе первого запуска, их может быть достаточно, чтобы сделать аномалию полномасштабным открытием к концу 2023 года.

Физики также приступили к внимательному изучению предсказаний Стандартной модели, особенно в тех ее местах, которые, как известно, трудно вычислить. Новые суперкомпьютеры также должны помочь в этом нелегком деле, но все же потребуются годы, чтобы просеять эти тонкие различия и увидеть, как они влияют на охоту за новой физикой.

Крах Стандартной модели – колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

Физик-теоретик Митио Каку поделился своими мыслями о последних открытиях в своем Twitter.

Также нельзя не отметить реакцию на последние открытия известных физиков-теоретиков в Twitter. Митио Каку, например, считает, что полученные результаты также могут являться подтверждением теории струн. О том, как теория струн стала одной из величайших надежд теоретической физики, а потом пришла в долгосрочный упадок, мы рассказывали в этой статье. Рекомендую к прочтению.

09 апрель 2021 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Обнаружена новая элементарная частица

Физики объявили об обнаружении новой элементарной частицы – резонанса прелестно-странного кси бариона на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН

У Вселенной может быть пятое измерение

Физики полагают, что новая гипотетическая частица может дать объяснение темной материи, которую никогда не наблюдали напрямую и которая, как считается, составляет большую часть массы Вселенной ??

Физики установили новые границы массы лептокварков

Некоторые теории предсказывают существование новых частиц, называемых лептокварками, которые объединят кварки и лептоны, взаимодействуя с обоими

Правда ли, что ученые обнаружили частицу, связанную с темной материей?

Физики говорят, что нашли доказательства существования неуловимой элементарной частицы аксион, которая может входить в состав загадочной темной материи. Исследовательский проект по изучению темной

Может ли история с параллельной Вселенной от NASA быть ошибкой?

Недавно мы рассказывали об удивительном открытии исследователей из NASA о том, что им, возможно, удалось обнаружить параллельную вселенную, в которой время идет вспять. На самом деле заголовки

Новая частица изменяет судьбу Вселенной, считают физики

Астрономы всего мира находятся в некотором замешательстве, поскольку полученные ими данные о скорости расширения Вселенной оказываются весьма противоречивыми....
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Иммерсивная выставка Клода Моне – полное погружение в мир великого импрессионистаВ 2023 году NASA запустит в космос новый луноход VIPER. Чем он займется?Ядерная ракета Vasimr доставит людей на Марс за один месяц. Опасна ли она?Фрэнк Вулворт, создатель ценников и супермаркетовЯпонское кафе прославилось на весь мир туалетом в аквариумеРазработан самый маленький летательный аппарат. Для чего он нужен?«Капли дождя» Самуэля Сальседо в парке города ЭтретаЭта картина Ренуара наделала в своё время много шума... причем трижды!