Удивительное исследование грозит потрясти физику частиц

Физики объявили о самом точном измерении массы ключевой частицы - W-бозона. Если эти результаты подтвердятся, они могут перевернуть Стандартную модель физики частиц.

Разработанная в 1970-х годах, Стандартная модель физики частиц является особенно строгой моделью для объяснения взаимодействия частиц и большинства фундаментальных сил. Она не охватывает всего (основные недостающие части включают темную материю или темную энергию, например), но то, что она охватывает, как правило, выдерживает эксперименты, разработанные для проверки предсказаний. Ну, не всегда. Одна частица, W-бозон, угрожает проделать дыру в этой аккуратной модели.

Сверхточное измерение

W-бозоны - это элементарные частицы, которые переносят слабую силу и опосредуют ядерные процессы, например, в сердце звезд. Согласно Стандартной модели, их масса связана с массами бозона Хиггса и субатомной частицы, называемой t-кварком.

В новой попытке коллаборация из нескольких сотен физиков хотела сделать новую оценку массы этой частицы. Для этого исследователи в течение десяти лет изучали 4,2 миллиона кандидатов, собранных за последние 25 лет на Теватроне. Теватрон - это бывший ускоритель частиц Фермилаб, расположенный в штате Иллинойс (США).

На основе этих данных команда смогла рассчитать массу W-бозона с точностью до 0,01%, что в два раза точнее, чем предыдущие измерения. Согласно этим новым расчетам, W-бозон имеет массу 80 433,5 мегаэлектронвольт (МэВ) с неопределенностью +/- 9,4 МэВ. Однако измерение, предсказанное стандартной моделью, поместило эту массу в 80 357 МэВ при +/-19 МэВ.

Что еще больше подтверждает эту аномалию, масса W-бозона также была недавно измерена с помощью данных, собранных на Большом адронном коллайдере, крупнейшем в мире ускорителе частиц. Эта команда получила значение 80 354 МэВ (+/- 32 МэВ), что близко к значению, которое дает Стандартная модель.

Сомнительные результаты

Естественно, эти новые результаты, опубликованные в журнале Science, вызвали переполох в физическом сообществе, побудив некоторых людей, не участвовавших в исследовании, поставить их под сомнение. С другой стороны, ученые, стоящие за новым анализом, уверяют нас, что процедуры, использованные для получения их цифры, были тщательно изучены в течение многих лет.

"Количество улучшений и дополнительных проверок, внесенных в наш результат, огромно", — подтверждает Ашутош Котвал, ведущий автор этой работы. "Мы приняли во внимание наше лучшее понимание нашего детектора частиц, а также достижения в теоретическом и экспериментальном понимании взаимодействия W-бозона с другими частицами. Когда мы наконец представили результат, то обнаружили, что он отличается от предсказаний Стандартной модели".

Если эта новая масса подтвердится, она может намекнуть на неизвестные частицы или новую физику за пределами Стандартной модели. Другими словами, несмотря на несколько недостающих частей, то, что позволяет нам сегодня объяснить правильное функционирование Вселенной, может быть полностью опровергнуто. Поэтому потребуются дальнейшие исследования, чтобы помочь разгадать эту тайну.