БАК поставил под сомнение Стандартную модель

В теоретической физике Стандартная модель описывает сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия 37 элементарных частиц. На конец XX века предсказания модели подтверждались эмпирически, однако начиная с 2000-х годов в рамках экспериментов на коллайдерах начали появляться результаты, которые не поддаются интерпретации с помощью существующих теорий. Поскольку Стандартная модель предусматривает множество внешних параметров и не учитывает гравитацию, ученые активно занимаются поиском таких отклонений и формируют направление «новой физики». Одним из ключевых этапов развития этого направления стало строительство Большого адронного коллайдера (БАК) в 2006 году. Тем не менее, надежных данных, противоречащих Стандартной модели, с помощью установки до сих пор обнаружено не было.

В новом эксперименте БАК международная группа исследователей при участии сотрудников Новосибирского государственного университета (НГУ) и Института ядерной физики имени Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук (ИЯФ СО РАН) регистрировали распад нейтральных B-мезонов на пару лептон-антилептон и нейтральный K*-мезон. Согласно Стандартной модели, вероятность распада с получением разных поколений лептонов в этом случае должна быть равна (лептонная универсальность). Однако результаты показали, что на каждые три появления электрон-позитронной пары приходится только две пары мюон-антимюон. По мнению авторов, это может указывать на нарушение симметричности, предсказанной Стандартной моделью. Тем не менее, подчеркивается, что данные требуют дополнительной проверки.

В эксперименте отклонение величины от расчетной составило 2,5 сигмы, что вдвое меньше минимального показателя, позволяющего установить надежное различие. При анализе итогов ученые использовали результаты работы, проведенной ранее на коллайдере ВЭПП-4М ИЯФ СО РАН. Дело в том, что выявленная погрешность может быть связана не только со статистической ошибкой, но и чувствительностью разных детекторов. Так, для контроля эффективности новых измерений группа использовала наблюдения распада нейтрального B-мезона на J/psi-мезон и возбужденный каон с дальнейшим распадом первого на мюон-антимюонную и электрон-позитронную пары. Показания детектора КЕДР, установленного в ВЭПП-4М, подтвердили лептонную универсальность этих событий, сообщает участник коллаборации ЦЕРН, член-корреспондент РАН Александр Бондарь.

Другой причиной нарушения симметрии в новой работе может служить существование Z’-бозона — тяжелой виртуальной частицы, которая не описывается Стандартной моделью. Предположительно, из-за специфических взаимодействий с мюоном и электроном Z’-бозон может увеличивать или уменьшать вероятность распада B-мезона на мюон-антимюонную и электрон-позитронную пару. Кроме того, авторы не исключают влияние на процесс распада гипотетического скалярного лептокварка Δ — элементарной частицы, взаимодействующей как с лептонами, так и с кварками. Также в основе нарушения симметрии может лежать иное проявление новой физики. «Поэтому, если в ходе дополнительных измерений обнаружится, что асимметрия действительно существует, надо будет видоизменить СМ так, чтобы наблюдаемый эффект укладывался в единую картину», — заявил Бондарь.

Кратко о работе сообщается на сайте ЦЕРН.

Ранее итальянские астрономы обнаружили, что свойства 36 небольших спиральных галактик также отклоняются от Стандартной модели: темная материя в них «синхронизируется» с барионной.