Tegn på en "ny fysikk" dukket opp i to store eksperimenter. Tevatron Hadron Collider registrerte partikler der de ikke skulle være, og romeksperimentet PAMELA fant spor etter forfall av mørke materiepartikler. Begge fakta passer godt inn i teorien om at den "mørke kraften" eksisterer
Mens Large Hadron Collider (LHC) forbereder seg på reparasjoner etter en stor septemberulykke, har den amerikanske Tevatron, som har overlevd de siste månedene som den kraftigste gasspedalen på planeten, gitt fysikere en uventet overraskelse. På slutten av forrige uke publiserte samarbeidspartnere til CDF-samarbeidet som arbeidet med den gigantiske Tevatron-partikkeldetektoren med samme navn, en forhåndstrykk som beskrev noe som går utover den nesten hellige standardmodellen med elementære partikler for fysikere.
Hvis dette signalet viser seg å ikke være noe uanmeldt for bakgrunnseffekt, vil dette funnet være det første jordiske beviset på begrensningene i standardmodellen.
Terrestrisk i den forstand at astrofysikere lenge har kjent mørk materie og mørk energi, som heller ikke passer inn i standardmodellen. Det er sant at ingenting er kjent om egenskapene til partiklene som utgjør mørk materie.
Tevatron og ekstra muoner
Med CDF-detektoren studerer fysikere partiklene produsert ved kollisjon av protoner - positivt ladede partikler som utgjør alle atomkjerner, og antiprotoner - deres negativt ladede antipoder. I Tevatron-akseleratoren, som navnet antyder, akselereres disse partiklene til energier på nesten 1 TeV, eller 1000 GeV - tusen milliarder elektron volt, og kollisjonsenergien er følgelig nesten 2000 GeV, noe som gjør det mulig å skape en rekke, til og med veldig massive elementære partikler.
Imidlertid er det ikke engang mulig å bare fikse eksistensen av de fleste partikler av interesse. Som regel er de ustabile og blir til en del lettere partikler i løpet av en liten brøkdel av et sekund. Det er egenskapene til forfallsproduktene som detektoren måler, og fysikere deretter, i samsvar med den velkjente metaforen, "prøver å gjenopprette urverket, undersøke fragmentene av klokkehjul som kolliderte i nær lyshastighet."
En av de mest populære "girene" av denne typen er muon. Når det gjelder deres egenskaper, er muoner veldig likt vanlige elektroner som kretser rundt atomkjerner. Imidlertid er muoner mye mer massive, og er derfor av spesiell verdi for eksperimentelle fysikere. For det første er det vanskeligere å "villede" dem når de støter på protonene og elektronene til detektoren, og for det andre, i selve kollisjonene, blir det født færre av dem, og det er lettere å finne sporene i detektoren enn de sammenfiltrede banene til en rekke elektroner.
Et av partiklene som er blitt studert aktivt ved bruk av muoner, er den såkalte B-meson, som inkluderer et tungt b-kvark (eller antikark).
Og her førte muoner i lang tid eksperimentene ved nesen.
Teorien om strukturer og interaksjon av kvarker - kvante kromodynamikk - lar deg beregne sannsynligheten for produksjon av B-mesoner og deres deltakelse i forskjellige interaksjoner. Derfor er det mulig å estimere antall muoner som vil bli født under forfallet av disse partiklene. Imidlertid ble det i eksperimentet produsert mye flere muoner enn planlagt. Videre viste en annen metode for måling av egenskapene til B-mesoner resultater som er i bedre og bedre samsvar med teorien. Så eksperimentene hadde færre og færre grunner til å anklage teoretikere for ikke å vite hvordan de skulle telle (og beregninger i kvante kromodynamikk er ekstremt vanskelige).
Årsaken til disse avvikene forble et mysterium i lang tid, inntil forskere fant ut at noen av muonene, som fysikere i lang tid tok for B-mesons forfallsprodukter, faktisk ikke hadde noe med dem å gjøre. Fakta er at B-meson lever i veldig kort tid, og etter å ha blitt født i sammenstøt med protoner og antiprotoner, klarer han å fly vekk fra vakuumrørets akse, der kollisjonene oppstår, bare med 1-2 mm. Her forfaller det til muoner. Da forskere fant ut hvor muonene som detektoren deres registrerte, ble problemet med B-mesoner løst: da det viste seg, oppsto noen av dem mye lenger fra aksen, og bidraget fra disse "ekstra muonene" til det endelige resultatet forklarte nøyaktig avviket med teorien.
Men hvor kommer de "ekstra" muonene fra?
Noen av dem stammer 3 mm fra aksen, ved fem og ved syv; noen er helt utenfor vakuumrøret, som egentlig ikke passer inn i noen port.
Den begynnende fysiske "sensasjonen" er forbundet med disse partiklene. Dette ordet, sjeldent for ærverdig vitenskap, preger faktisk spenningen til teoretikere og eksperimenter på best mulig måte. Diskusjoner om realiteten til signalene som ble funnet ved CDF-samarbeidet, raser allerede på de profesjonelle bloggene til fysikere, og på nettstedet til elektroniske forhåndsutskrifter ved Cornell University for tredje dag på rad, flere og mer teoretiske forklaringer på det de så ut.
Nye partikler?
I prinsippet kan det være mange forskjellige grunner for utseendet til unødvendige, eller som fysikere sier "bakgrunn" -partikler, og mesteparten av artikkelen fra CDF-samarbeidet er viet til analyse av mulige årsaker til utseendet til et signal som ikke appellerer til den "nye fysikken" utover standarden. modeller. Kanskje vi ikke tok hensyn til noen andre partikler som muoner er født fra - for eksempel kosmiske stråler, eller kanskje vi tar andre forfallsprodukter av partikler født i Tevatron for muoner? Til slutt, kanskje signalene i selve detektoren, som vi tar for spor av muoner, ikke er slike - støy, statistiske svingninger, gjenstander av rasende metoder for matematisk prosessering av eksperimentelle resultater?
Salgsfremmende video:
I følge forfatterne av det siste verket, klarte de ikke å finne en "standard" forklaring.
Det skal bemerkes at nesten en tredjedel av samarbeidet - rundt 200 av 600 personer - nektet å legge signaturene sine på artikkelen, som hadde gjennomgått en "internrevisjon" i nesten seks måneder. Av…
Alt ser ut som om de klarte å finne tegn på eksistensen av en ny partikkel som lever mye lenger enn B-meson, og den har ingen plass i fysikken vi kjenner. Imidlertid avstår forskere fortsatt fra en så direkte uttalelse: opplevelsen av en hel generasjon fysikere, som om og om igjen er overbevist om anvendelsen av standardmodellen på tilsynelatende fullstendig uforklarlige fenomener, gjør seg gjeldende. Men det er umulig å bare ignorere nesten 100 tusen hendelser spilt inn av et av de beste instrumentene til den fortsatt kraftigste gasspedalen på jorden.
Egenskapene til "ekstra" muoner er fantastiske i seg selv. Noe av det mest påfallende er at de ofte ble født i "pakker" - ikke en partikkel om gangen, men to, tre, til og med åtte om gangen. I tillegg, som regel, fra det tidspunktet de ble født, flyr de ikke ut i alle retninger, men i omtrent samme retning - forskere bruker til og med begrepet "muon jet". Og den karakteristiske energien til en ny ukjent partikkel - hvis den virkelig eksisterer - er flere GeV. Med andre ord, den "nye fysikken" - hvis vi virkelig begynner å skille den i muon-tåken - begynner på energier ikke i de tusenvis av GeV, som monstre som LHC er rettet mot, men mye tidligere.
Og disse egenskapene tilnærmer påfallende resultatene fra den bakkeakseleratoren med dataene som ble publisert bare noen dager tidligere fra romantikvaredetektor PAMELA.
Positronfraksjon som en funksjon av energi // PAMELA Group, arXiv.org
Resultater av PAMELA-eksperimentet Det
internasjonale forsknings-kjøretøyet PAMELA om bord i den russiske kunstige satellitten Resurs-DK1 har pålitelig registrert et overskudd av høyeenergi-positroner i en strøm av ladet plass …
I følge mange astrofysikere oppstår overskuddet av positive energipositroner (antipartikler til elektroner) i kosmiske stråler fra forfall eller utslettelse av mystiske partikler av mørk materie. Dette er et annet element i fysikken utover standardmodellen, som eksistensen (og til og med dominans av masse) astronomer lenge har visst, men kan ikke si noe som er verdt: det er grunnen til at det er mørk materie, at den ikke er synlig, og dens tilstedeværelse bare gir ut gjennom tyngdekraften.
Dark Power
Da det viste seg har kvartetten til teoretikerne fra Princeton, Harvard og New York allerede en forklaring på PAMELA-resultatene, som kom godt med de nye dataene fra Tevatron. I følge rammen av deres supersymmetriske modell oppnås ifølge Nima Arkanihamed og hans kolleger en enhetlig og naturlig forklaring på overskuddet av positroner som er pålitelig målt ved PAMELA-apparatet, et knapt synlig overskudd av gammastråler som kommer tilsynelatende ingensteds, og den tåke gløden i sentrum av galaksen i gamma og radiostråler spilt inn av andre astrofysiske satellitter.
I samsvar med modellen har mørke stoffpartikler en masse på rundt 1000 GeV og deltar ikke i interaksjonene vi kjenner. Imidlertid virker de på hverandre ved hjelp av en kortdistans "mørk" styrke, som bæres av en annen mørk partikkel med en masse på omtrent 1 GeV. Med andre ord, til de tre vanlige typene samhandling, som bare virker på vanlig materie (elektromagnetisk og kjernefysisk, svak og sterk), blir det lagt til en til, som bare fungerer i en verden av mørk materie. Tyngdekraften, som vanlig, skiller seg fra hverandre, og forbinder begge verdener.
Teoretikere trengte den "mørke" kraften for å binde partiklene av mørk materie i en slags "atomer", der den ene av de mørke partiklene har en negativ "mørk ladning", og den andre har en positiv "mørk ladning". Bare dannelsen av "atomer" tillater mørk materie å utslette intens nok til å forklare resultatene fra astrofysiske observasjoner (dette er den såkalte Sommerfeld-mekanismen).
Imidlertid kan partikkelen som bærer den "mørke" kraften allerede forfalle direkte med utslipp av vanlige partikler, og det er denne partikkelen, ifølge Arkanihamed og hans kolleger, som kan være ansvarlig for utseendet til "ekstra" muoner.
Dessuten fortsetter forfallet av mørke partikler ladet med en mørk ladning naturlig i en kaskade til den treffer den letteste stabile mørke partikkelen, som ikke har noe å forfalle i. Hvert trinn i denne kaskaden involverer en partikkel - en bærer av mørk kraft, og derfor kan en ekstra muon vises på hvert trinn. Så mye for muoner i "pakker". Det faktum at de alle flyr ut i samme retning skyldes rett og slett det faktum at den råtnende partikkelen beveger seg raskt - slik at anklagene om det festlige fyrverkeriet, som eksploderer før de når det høyeste punktet i banen deres, kaster hele fontenene med lyse lys frem. Så mye for "jet".
Publisering av data fra CDF- og PAMELA-samarbeidet vil imidlertid utvilsomt føre til at flere titalls, om ikke hundrevis, av mulige forklaringer i løpet av de kommende månedene. Så det er kanskje ikke verdt å dvele ved Arkaniameds modell. Så langt kjennetegnes hun bare av at hun var ved domstolen da hun tolket både disse og andre data.
Selvfølgelig er det mulig at begge eksperimentelle resultater vil få mer trivielle forklaringer. "Ekstra muoner" kan vise seg å ikke være noe annet enn å være uten regnskap for instrumentell effekt av den gigantiske CDF-installasjonen, og "ekstra positroner" kan genereres i nærheten av nøytronstjerner i vår Galaxy.
Men utsiktene er spennende. I en verden av mørk materie, som inntil nylig virket som en formløs turbiditet som astronomene skjuler sin misforståelse av strukturen i verden, begynte en struktur å dukke opp - en slags interaksjoner, "mørke ladninger", "mørke atomer". Kanskje fysikken ikke er over, og nye generasjoner forskere vil ha noe å studere i den "mørke verdenen".
