Щось з нізвідки: Чи знайдеться частинка?

Вже не перший день заголовки новинних стрічок рясніють повідомленням про те, що в американському прискорювачі частинок виявлено «щось, що порушує закони фізики». Розберемося ж, що там насправді сталося.

Лише кілька днів тому ми розповідали про те, як на протон-антипротонному прискорювачі Tevatron відкрили нову елементарну частинку («Чарівна і двічі дивна»), і ось тепер настав час розповісти про ще більш несподівану знахідку, зроблену тут. Перші повідомлення про нього пройшли новинними стрічками ще кілька тижнів тому, але тільки недавно з'явилася достовірна інформація, якої варто було чекати: вже боляче загадковим виявився виявлений фізиками ефект.

Дійсно, працюючий на Tevatron детектор частинок CDF помітив щось, що абсолютно не вкладається в сучасні квантово-механічні теорії.

На прискорювачі протони і антипротони розганяються до навколосвітніх швидкостей і стикаються лобами. А детектор CDF відстежує все, що відбувається в результаті цих аварій: нестабільні частинки, що з'являються і зникають, їх перетворення і розпад, траєкторії та енергії. Все відбувається в досить невеликому обсязі трубки діаметром якихось 1,5 см, а навколишня її тонка електроніка стежити за процесом.

Під час одного з експериментів детектор CDF спостерігав за поведінкою b-кварків і b-антикварків (трохи детальніше про кварки ми розповідали в уже згаданій статті: з цих «дуже елементарних» частинок побудовано багато інших елементарних частинок - в тому числі, звичні всім протони і нейтрони). За всіма законами, все повинно було відбуватися приблизно так.

Пролетівши пару міліметрів кожен у свій бік, обидва кварки повинні розпастися, утворивши по кілька штук інших частинок - у тому числі, по мюону. До речі, мюони відносяться до класу лептонів, як і електрон - тільки вони «нечутливі» до сильної взаємодії і на додачу в сотні разів важче електрону, вони взагалі вкрай погано взаємодіють з матерією.

Однак все виявилося інакше. По-перше, мюонів було більше, набагато більше, ніж повинно було бути. Звідки вони так розплодилися? Невідомо. По-друге (і головних), з'являлися більшість з них зовсім не там, де відбувалося зіткнення! Тепер ви зрозуміли, в чому заковика? Кварки з'являються і розпадаються всередині невеликої трубки, де стикаються протон з антипротоном - а мюонів раптом виявляється ціла зграя, причому більшість взагалі поза трубкою і не залишають ніяких слідів на тих частинах детектора, які звернені в центр подій!

Подібну поведінку вчені поки ніяк не можуть пояснити на основі стандартної моделі - основної теорії в сучасній фізиці елементарних частинок, передбачення якої досі збувалися з разючою точністю. За словами глави працюючих з CDF вчених Якобо Конігсберга (Jacobo Konigsberg), «хочу сказати з граничною ясністю, що у нас немає ясного пояснення цьому явищу».

У той же час, ряд фізиків-теоретиків вже озброїлися формулами і почали міркувати про те, що б це могло бути. Одне з припущень висуває версію про те, що в ході розпаду кварку і антикварку утворюється якась невідома нестабільна частинка з часом життя близько 20 пікосекунд. За цей час вона встигає пролетіти приблизно 1 см (за межі тестової труби) - і вже там розпадається на мюони.

Інші вчені висувають навіть версію з темною матерією (предметом, за визначенням недоступним прямого спостереження, помітити який можна тільки за гравітаційним впливом на звичайну матерію - зазвичай цим пояснюють деякі «нестикування» в астрофізичних явищах). Вважається, що частинки темної матерії можуть взаємодіяти один з одним, як і частинки матерії звичайної, за допомогою особливого класу частинок - переносників взаємодій. Маса цих «переносників темних взаємодій» становить 1 ГЕВ - що досить точно підходить під характеристики невідомої частинки, що породила мюони в експерименті на CDF.

У будь-якому випадку, сказати що-небудь безумовно поки не можна - можливо, це взагалі був артефакт експериментальної установки. Хоча під повідомленням про неординарний досвід стоять підписи сотень фізиків, які проводили і повторювали експеримент, варто очікувати, що найближчим часом його спробують відтворити і в інших лабораторіях світу. А вже теоретичних спекуляцій буде море... Так завжди буває, коли знову відкривається «віконце» в невідоме.

За повідомленням New Scientist Space