Загадочные частицы

Учёные Лаборатории им. Э. Ферми (Fermi National Accelerator Laboratory, США) получили на ускорителе Тэватрон (Tevatron) новые результаты, которые в случае их достоверности могут свидетельствовать о существовании новых частиц или взаимодействий за пределами Стандартной модели элементарных частиц.

Напомним, что Стандартная модель описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц (но не включает в себя гравитацию).

В экспериментах на Теватоне изучали протон-антипротонные столкновения с энергиями 1,96 ТэВ в вакуумной трубке радиусом 1,5 см. При столкновениях рождались мезоны, которые, в частности, распадались на мюоны, регистрируемые детекторами. В предшествующих экспериментах было отмечено расхождение числа и распределения мюонов с предсказаниями Стандартной модели.

С целью выяснения причины расхождения в новом эксперименте были использованы дополнительные детекторы, с помощью которых удалось определить, где именно рождались мюоны. Для тех мюонов, треки которых берут начало внутри сталкивающихся пучков, имелось полное соответствие с теоретическими расчетами. Однако неожиданно оказалось, что заметная часть мюонов рождается за пределами пучков и даже вне вакуумной трубки на расстоянии до нескольких сантиметров от места протонно-антипротонных столкновений. Наблюдались и множественные каскадные (до восьми частиц) процессы рождения, в которых с одинаковой вероятностью рождались как отрицательно, так и положительно заряженные мюоны в различных комбинациях, причем траектории их полета проходили далеко от оси протонно-антипротонного пучка, и несколько мюонов образовывали "мюонную струю".

Исследователи считают, что возможным объяснением наблюдаемых необычных процессов может быть существование неизвестных частиц, которые рождались при столкновениях в пучке, вылетали далеко за его пределы и там распадались на другие частицы и мюоны. Согласно расчетам авторов эксперимента, для объяснения каскадов требуются как минимум три новые частицы с массами 3,6 ГэВ, 7,3 ГэВ и 15 ГэВ, которые отсутствуют в Стандартной модели. Для дальнейшего прояснения и проверки этих результатов необходимы новые независимые эксперименты. До недавнего времени все предсказания Стандартной модели подтверждались экспериментом весьма точно. Только в последние годы стали появляться результаты, имеющие расхождения с ее предсказаниями, что не удивило физиков поскольку Стандартная модель содержит слишком много внешних параметров, а также не включает гравитацию. Поэтому поиск отклонений от Стандартной модели — одно из самых активных направлений исследований в последние годы.