На БАК началась охота на лептокварки — Naked Science
8 минут
Редакция

На БАК началась охота на лептокварки

Ученые, работающие на Большом адронном коллайдере, ищут гипотетическую частицу, которая может претворить в жизнь Теории Великого объединения и расширить границы понимания Вселенной в ее самых малых масштабах.

run314472_event53576477_v11
©Wikipedia

Вещество состоит из элементарных частиц, и Стандартная модель утверждает, что существует два семейства частиц: лептоны и кварки. Они в корне отличаются друг от друга зарядом и квантовыми числами, но обладают одинаковым числом поколений.

 

Однако есть теории, выходящие за рамки Стандартной модели, включая некоторые Теории Великого объединения. Они предсказывают, что на высоких энергиях лептоны и кварки сливаются воедино, формируя лептокварки. Лептокварки предлагаются в теориях, стремящихся объединить сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия.

 

Такие «объединения» не редкость в физике. Электричество и магнетизм были объединены элегантными формулами Максвелла в одно целое — электромагнетизм — в XIX веке. В случае лептокварков считается, что эти гибридные частицы обладают свойствами и кварков, и лептонов, а еще тем же числом поколений. Это не только позволило бы им «делиться» на два типа частиц, но и позволило бы лептонам преобразовываться в кварки — и наоборот. Действительно, аномалии, зарегистрированные в эксперименте LHCb, а также измерения свойств B-мезонов, полученные в экспериментах Belle и BaBar, потенциально можно объяснить существованием таких гипотетических частиц.

 

Стандартная модель разделяет элементарные частицы вещества на два отдельных семейства / © CERN

 

Если лептокварки реальны, то они очень тяжелые и быстро преображаются — или «распадаются» — в более стабильные лептоны либо кварки. Предыдущие эксперименты на Протонном суперсинхротроне и Большом электрон-позитронном коллайдере в ЦЕРН, ускорителе HERA в DESY и Тэватроне в Фермилаб искали распады на частицы первого и второго поколений. Поиски лептокварков третьего поколения (LQ3) впервые провели на Тэватроне, а теперь этим займутся на Большом адронном коллайдере (БАК).

 

Так как лептокварки трансформируются в лептоны и кварки, исследователи БАК ищут контрольные сигнатуры в распространении этих «продуктов распада». В случае лептокварков третьего поколения лептон может быть τ (тау) или ντ (тау-нейтрино), а кварк — верхним или нижним.

 

В недавней работе представлены данные, полученные в 2016 году при столкновениях на мощности в 13 ТэВ коллаборации Большой мюонный соленоид (CMS) на БАК. В статье описано, как каждый полученный LQ3 при столкновениях изначально преображался в пару из τ-лептона и верхнего кварка.

 

Так как ускорители одновременно производят частицы и античастицы, на CMS искали признаки присутствия пар лептокварк — антилептокварк в событиях столкновений, содержащих остатки верхнего кварка, антиверхнего кварка, τ-лептона и τ+-лептона (антитау-лептона). Теперь, так как лептокварки никогда ранее не регистрировали, а их свойства остаются тайной, для их поисков физики полагаются на изощренные вычисления на основе известных параметров. Эти параметры включают энергию столкновений и ожидаемые фоновые уровни, ограниченные возможными значениями массы и спина гипотетической частицы. При помощи этих вычислений ученые способны рассчитать, сколько лептокварков могло быть произведено в определенном наборе данных протон-протонных столкновений и сколько из них могли преобразиться в конечные продукты, которые можно найти при помощи детекторов.

 

«Лептокварки стали одной из самых любопытных идей для расширения наших вычислений, так как они могут объяснить некоторые наблюдаемые аномалии. На БАК мы прикладываем все усилия, чтобы либо доказать, либо исключить их существование», — рассказывает Роман Коглер, физик CMS, работавший над этим исследованием.

 

После просеивания событий столкновений в поисках конкретных свойств CMS не увидел избытка данных, который бы мог указать на существование лептокварков третьего поколения. Так, ученые пришли к выводу, что любой LQ3, преобразующийся в пару из верхнего кварка и τ-лептона, должен появляться по крайней мере при массе в 900 ГэВ или в пять раз тяжелее верхнего кварка — самой тяжелой частицы, которую удалось наблюдать.

 

Ограничения массы лептокварков третьего поколения, поставленные CMS, — пока что наиболее жесткие. CMS также искал LQ3, преображающиеся в τ-лептон и нижний кварк, и сделал вывод, что такие лептокварки должны обладать массой по крайней мере в 740 ГэВ. Однако это результат изучения всего лишь части данных БАК на 13 ТэВ, полученных в 2016 году. В дальнейших поисках на CMS и ATLAS примут во внимание данные 2017-го, а также те, которые получат в 2018-м. Ученые гарантируют, что БАК и дальше сможет испытывать теории о фундаментальной природе Вселенной.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 17:46
18 минут
Александр Березин

SpaceX после затяжной серии аварий нормально посадила прототип Starship SN15. Огромная стальная ракета поднялась в воздух на десять километров, выполнила там сложные кульбиты, которые не могла сделать ни одна ракета ранее, а затем плавно опустилась вниз. Одни говорят, что это революция, другие — что «СССР так умел полвека назад». Кто прав и что будет дальше? Попробуем разобраться.

12 часов назад
4 минуты
Илья Ведмеденко

Американский малозаметный эсминец Zumwalt хотят оснастить новой гиперзвуковой системой вооружений в 2025 году. Россия к тому времени уже должна ввести в эксплуатацию ракету морского базирования «Циркон».

Вчера, 05:00
9 минут
ТГУ

Ученые Биологического института Томского государственного университета совместно с коллегами из СибГМУ исследуют зараженность животных и людей в Сибири описторхозом. Основная задача – выяснить, какие звенья играют главную роль в распространении заболевания, чтобы на основе этих данных разработать способы мониторинга и профилактики. Некоторые аспекты проблемы уже удалось понять.

1 мая
37 минут
Александр Березин

Бразильское агентство по наблюдению за здоровьем граждан (ANVISA) заявило, что нашло в вакцине «Спутник-V» некий живой вирус. Что оно имеет в виду и почему более авторитетные западные игроки не выявили подобных причин для беспокойства? Есть и другие поводы для обеспокоенных вопросов. Обе массовые западные аденовирусные вакцины от Covid-19 вызывают необычные тромбы, которые уже имели смертельные исходы. Правы ли те, кто ожидает таких же побочных эффектов от «Спутника», и почему их в этом случае еще ни разу не смогли найти?

2 мая
62 минуты
Николай Цыгикало

Знаменитый ракетный комплекс «Искандер» стал одним из символов российской военной мощи. Он не покидает центра внимания экспертов и средств массовой информации, а его тактико-технические характеристики приводятся в каждом информационном ресурсе военной тематики. Но цифры цифрами, а что за ними? Посмотрим на работу «Искандера» с разных сторон, чтобы разобраться в принципах действия и логике конструктивных решений. Тогда глубина понимания позволит пройти дальше одних лишь цифр ТТХ, и при всей важности они окажутся не на первом месте. Наш материал — самый полный рассказ о работе «Искандера» в открытом доступе.

4 мая
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые из Финляндии определили причины того, почему «собака бывает кусачей» по отношению к человеку и другим животным.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: