Asimetrijos pingvinai: keistos LHC anomalijos atveria platesnio pasaulio vaizdą

Kaip pranešė Europos branduolinės fizikos centro (CERN) fizikai kovo pabaigoje Italijoje vykusioje konferencijoje, detali anksčiau LHC vykdytų eksperimentų duomenų analizė patvirtino kad retas neutralių B-mezonų skilimas nestandartiniu būdu, – ne klaidos rezultatas. Tai netiesioginis dalelių, išeinančių už dabar priimto SM ribų, egzistavimo liudijimas.

Fizikai SM lygtims jaučia gilią pagarbą – ir ne šiaip sau.

Šis dalelių pasaulio vaizdas leidžia visą jų įvairovę aprėpti 17 fundamentalių dalelių rinkiniu – tokių kaip, pavyzdžiui, kvarkai, leptonai, bozonai – ir labai tiksliai aprašyti daugumą sąveikų. SM spėjimai daugybę kartų buvo patvirtinti juvelyriškai tiksliais eksperimentais, ir tik kai kurių reiškinių niekaip neina įsprausti į griežtus jo rėmus. Tačiau nekreipti į juos dėmesio jokiu būdu negalima – užteks paminėti, kad SM neaprašo tokio reiškinio, kaip gravitacija. Kitas pavyzdys – fundamentali mūsų pasaulio CP asimetrija.

CP asimetrija pažįstama kiekvienam iš asmeninės patirties: visi esame sudaryti iš vienos materijos dalelių, o štai antidalelės mūsų pasaulyje – didelė retenybė. Gauti jas galima tik aukštų energijų procesuose, vykstančiuose, pavyzdžiui, galinguose greitintuvuose. Tačiau Didžiojo sprogimo liepsnoje antidalelių gimė maždaug tiek pat, kiek ir dalelių.

Klausimas, iš kur ir kaip Visatoje ši asimetrija radosi, tebelieka neatsakytas, ir Standartinis modelis atsakymo duoti negali. Jei tarp dalelių ir antidalelių yra koks nors svarbus CP asimetriją sukūręs skirtumas, ji dydžio eilėmis nesutampa su bet kokiais SM spėjimais. Manoma, kad CP asimetrijos paaiškinimui reikia, kad egzistuotų dalelės, gebančios „veikti“ esant gigantiškiems energijų lygiams, tokios didelės masės dalelės, kad Standartiniame modelyje (ir mūsų turimoje įrangoje) jos nepasireiškia.

Mokslininkai nesiliauja ieškoję CP problemos sprendimo – ir viena iš šio darbo krypčių yra kai kurių dalelių, kuriose yra fundamentalios antidalelės ir kurios kartais skyla nestandartiškai, skilimo registravimas. Keletą tokių procesų neformaliai vadina „pingvinais“: tokio dalelių skilimo diagrama išties primena pingvino siluetą.

Jei neskaičiuosime TKS, Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas (LHC) – didžiausias ir brangiausias mokslinis instrumentas žmonijos istorijoje. 27 km perimetro ratu, stipriame vakuume, veikiami daugiau, nei tūkstančio galingiausių superlaidžių magnetų, vienas prieš kitą greitinami ploni protonų srautai. Jie beveik pasiekia šviesos greitį – ir sutrenkiami vienas su kitu. Šiose kvantinėse katastrofose gimusių dalelių pėdsakus užfiksuoja jutikliai.

Vykstant tokiems skilimams, vieno tipo kvarkai, sudarantys pradinę dalelę, virsta kito tipo kvarkais, paskleisdami tarpines, ypatingai trumpai gyvuojančias „virtualias“ daleles. Tai gali būti bozonai arba kitos, daug masyvesnės, dalelės – tos pačios, kurių SM lygtys neaprašo.

Virtualios dalelės skyla labai greitai, sukurdami leptonų ir antileptonų poras – ir kartais šių porų charakteristikos būna nestandartinės, liudijančios ilgai lauktų supersunkių dalelių egzistavimą. Tai vyksta itin retai, tad fizikams reikia rinkti milžinišką – milijonų milijonų įvykių – statistiką, o ir paskui tuos duomenis kuo nuodugniausiai analizuoti, siekiant atmesti galimas klaidas.

Įsivaizduokite, metėte monetą 10 kartų. Vargu ar nustebsite, jei rezultatas bus visai ne 50:50, o, tarkime, septyni „herbai“ ir vos trys „pinigai“. Tokius atsitiktinius nukrypimus taip pat reikia įvertinti, todėl nesename darbe mokslininkai išanalizavę maždaug 2400 retų įvykių registracijos atvejų, nustatė, kad šio masyvo vidutinis kvadratinis nuokrypis yra 3,7 σ.

Maždaug tokia yra tikimybė, kad 100 kartų metus monetą, 69 kartus iškris „herbas“. Ne visai neįtikėtina, tačiau ir ne 50:50. Beje, tam, kad atradimas būtų laikomas pakankamai patikimai patvirtintu, būtina pasiekti 5 σ lygį – arba 75 „herbų“ iš 100 metimų.

Tai jau būtų praktiškai tiksliai ne atsitiktinumas, tačiau siekiamo rezultato pasiekti kol kas nepavyksta.

Gali būti, padės nauji tyrimai LHC, kurių nekantriai laukiame. Po beveik dviejų metų modernizacijos greitintuvas pradėjo veikti visa galia balandžio 5 dieną.

Сергей Васильев
naked-science.ru