Время научной дерзости: зачем ученые ищут Новую физику — Naked Science
19.03.2019
14 минут
Сибирское отделение РАН
135

Время научной дерзости: зачем ученые ищут Новую физику

Коллаборация LHCb (CERN) обнаружила новую редкую частицу — чармоний. Сотрудник LHCb и ИТЭФ Иван Беляев рассказал, что зашифровано в ее названии и какая судьба ее ждет, почему ученые продолжают искать Новую физику и на какие амбициозные проекты в области высоких энергий стоит обратить внимание.

Время научной дерзости: зачем ученые ищут Новую физику
Время научной дерзости: зачем ученые ищут Новую физику

В конце февраля этого года мир узнал, что коллаборация LHCb (CERN), в которую входит более десяти российских научных организаций, в том числе Институт теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова НИЦ «Курчатовский институт» (ИТЭФ), Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН), Новосибирский государственный университет (НГУ), обнаружила редкий чармоний — частицу ψ3(1D).

Новое состояние c-кварка и анти-c-кварка закрыло один из пробелов в кварковой модели. Результаты эксперимента были обнародованы на Международном совещании по электрон-позитронным столкновениям в области энергии от Phi до Psi, проходившем в ИЯФ СО РАН (Новосибирск).

Иван Беляев — сотрудник коллаборации LHCb, старший научный сотрудник ИТЭФ, кандидат физико-математических наук.

— Когда специалист видит название ψ3(1D), что он сразу же понимает об объекте?

— Название частицы — это ее паспорт. Взглянув на «паспортные данные», специалист сразу же понимает, что она собой представляет: из чего состоит, какими свойствами обладает.

«ψ3» говорит о том, что эта частица состоит из очарованного кварка и очарованного антикварка, спин ее равен трем и суммарный спин кварка и антикварка равен единице, «1D» говорит о том, что это самая легкая среди всех частиц, у которых есть орбитальный момент, равный двум.

Оговорюсь, что для нашей ψ3(1D) все это пока только гипотеза — она мало измерена. Мы знаем, что в ней есть очарованный кварк и очарованный антикварк, что они вращаются не слишком медленно, а  масса частицы — 3843 мегаэлектронвольта.

В данный момент ψ3(1D), обнаруженная в эксперименте LHCb, находится в пограничном состоянии. С одной стороны, да, кварковая модель предсказывает похожую частицу — с такой же массой и скоростью вращения кварков.

Но, кроме массы и времени жизни, мы ничего точно не знаем о новом состоянии с-кварка и анти-с-кварка. Для правильной интерпретации необходимо измерить спин частицы и ее другие квантовые числа — в частности, четность.

С другой стороны, если удастся измерить квантовые числа и они не совпадут с предсказаниями кварковой модели, наша частица может оказаться и экзотической, то есть не вписывающейся в кварковую модель. Если так, то мы совсем ничего о ней не знаем.

Время научной дерзости: зачем ученые ищут Новую физику

Сигнал от частицы ψ3(1D) эксперимента LHCb / ИЯФ РАН

Пока нам кажется, что мы понимаем ее. Но физики не любят говорить «нам кажется», другое дело — «мы измерили». Чтобы окончательно понять, что собой представляет ψ3(1D), нужно изучать ее дальше.

Сколько времени уйдет на полное понимание ψ3(1D), сказать трудно. Думаю, в обновленной Partical Data Book (реестре, куда заносятся все обнаруженные частицы), которая выйдет в 2020 году, она будет записана как “X(3842) (техническое название) — частица, похожая на ψ3(1D)”. А в 2022-м, готов заключать пари, про нее уже многое будет известно.

 Чем уникален проект LHCb и какой вклад внесла в него группа Института теоретической и экспериментальной физики?

— Эксперимент LHCb сильно отличается от других скоростью обработки данных. Обычно данные по полной статистике в экспериментах, подобных ATLAS или CMS на Большом адронном коллайдере, получают через два года.

Такой длительный период характерен для большинства проектов, связанных с набором большого массива статистики.

От ИТЭФ в эксперименте LHCb участвует группа из семи человек — всего лишь 0,8% авторского состава, но при этом мы опубликовали 9% всех физических работ. Одна из задач, решением которой мы особенно гордимся, — создание программ обработки данных, которые повысили эффективность работы физиков.

Наш инновационный подход позволяет проводить анализ данных в режиме онлайн, отбирать только нужные события и получать первую статистику уже через два месяца.

Показателен пример с частицей ψ3(1D): набор данных по нашему эксперименту завершился в ЦЕРН в конце октября 2018 года, а уже в конце февраля 2019-го в ИЯФ СО РАН мы представили материалы по полной обработке данных. Это небывалая вещь.

 Сегодня много говорят о потере личности в научных открытиях, в том числе в области физики частиц — установки становятся такими огромными и сложными, что одному человеку с ними просто не справиться, вот и список соавторов научных статей растет. Справедливо ли это?

— Что касается инженерной части — вполне справедливо. Раньше эксперимент проводился «на столе», такого количества технических задач просто не было. Сегодня установка может строиться 20–30 лет, за которые специалистам инженерно-технического профиля нужно будет решить массу нетривиальных задач.

Было бы неправильно не учитывать эту колоссальную по сложности работу. В любом крупном эксперименте очень ценится вклад инженеров, и, разумеется, они становятся соавторами научных статей.

 Существует ли сегодня в экспериментах по физике частиц тренд на переход с высоких энергий на более низкие?

— Тренд есть, но он вынужденный. Придумать отклонения от Стандартной модели при высоких энергиях очень просто — у теоретиков жуткое количество интересных и привлекательных идей.

Но для этого требуются гигантские машины, создание которых технически не всегда осуществим и требует больших финансовых вложений сразу нескольких стран. Получается, то, что теоретикам проще посчитать, экспериментаторам сложнее измерить.

Время научной дерзости: зачем ученые ищут Новую физику
Детектор LHCb / Maximilien Brice, CERN

Ускорители на низких энергиях доступнее. Но здесь принцип дополнительности действует в обратном направлении: то, что проще сделать экспериментально, сложнее описать теоретически.

Существующий сегодня тренд обусловлен человеческими возможностями.

Но на самом деле, если говорить в общем, любой научный проект окупается. Возьмите, к примеру, синхротронное излучение (СИ), которое изначально мешало физикам в экспериментах на коллайдерах.

Сегодня СИ используется в современных биотехнологиях, создании высокотехнологичных материалов с уникальными свойствами, медицине. Протонные и ионные ускорители используются для лечения различных форм опухолей, преимущественно головного мозга — это уже не фантастика, а истории из жизни людей, которым они помогли.

 Ученые подтверждают Стандартную модель с таким же рвением, как и ищут явления Новой физики, чтобы эту же Стандартную модель опровергнуть — все это чтобы разобраться в том, как устроена Вселенная. Как вам кажется, какие проекты при успешной реализации помогут человечеству понять мироздание?

— Один из проектов, полный научной дерзости, перед организаторами которого можно снять шляпу только за одну идею, — проект электрон-позитронного коллайдера Супер С-тау фабрика ИЯФ СО РАН.

Мы знаем, что Вселенная не симметрична, иначе бы не возник тот мир, в котором мы живем. В какой-то момент ее зарождения вещества стало больше, чем антивещества. До конца 1990-х ученые были уверены, что эту асимметрию можно измерить при распаде B-мезонов (эксперименты BaBar, Belle).

Измерения показали, что возможно объяснить только одну миллиардную от наблюдаемой Вселенной — разумеется, это лучше, чем ноль, но все же мало.

Еще в конце 1960-х итальянский и советский физик Бруно Понтекорво выдвинул идею, что нарушения СР-асимметрии могут быть обнаружены в лептонном секторе (в тау-лептонах, в частности), но на тот момент предположение признали хоть и красивым, но все же маловероятным.

Сегодня — с тем объемом накопленных знаний по физике нейтрино, тяжелых лептонов — я верю, что амбициозная задача, которую поставили в ИЯФ СО РАН, — объяснить одну треть от наблюдаемой Вселенной — может быть решена.

Подготовила Татьяна Морозова, ИЯФ СО РАН

Сибирское отделение РАН
11 статей
Позавчера, 12:17
23 минуты
Редакция

Возраст планеты, на которой мы живем, – примерно 4,54 миллиарда лет. И большую часть этого времени она была совершенно не похожа на ту Землю, которую мы знаем. Даже самые экзотические планеты за пределами Солнечной системы, возможно, не столь интересны, как наша родная в некоторые моменты ее истории. Наденем скафандр, сядем в машину времени – и представим себя инопланетными путешественниками, посетившими нашу систему в ее ранние времена.

8 часов назад
1 минута
Илья Ведмеденко

В Соединенных Штатах провели церемонию спуска на воду USS Cooperstown (LCS 23) — корабля прибрежной зоны Littoral Combat Ship типа Freedom. В скором времени он пополнит состав ВМС США.

8 часов назад
34 минуты
Александр Березин

SpaceX рассчитывает к 2050 году создать на Марсе колонию на миллион человек. Звучит абсурдно: осталось всего 30 лет, а до первого полета на Марс еще многие годы. Некоторые ученые, включая российских, считают планы Маска «фантазией» и «пропагандой». Тем не менее сама по себе постройка миллионной колонии на Красной планете вполне реальна. Разберемся, почему и отчего в это так трудно поверить остальному миру.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

17 января
7 минут
ТГУ

Старший научный сотрудник лаборатории «Гербарий» БИ ТГУ Вера Костикова совместно с новосибирскими коллегами выявила ценные лекарственные свойства у спиреи – кустарника, используемого в озеленении городов и дачных участков. Фитохимическое исследование показало, что растение обладает противовирусной и антиоксидантной активностью, что делает его перспективным для использования в медицине.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: