Одна из фундаментальных сил природы оказалась мощнее, чем считалось

Одна из фундаментальных сил природы оказалась сильнее, нежели считалось. Статья об этом открытии вышла в журнале Physical Review Letters. Оно может привести к обнаружению новых частиц — или положить начало новой физике.

Электрослабая сила объединяет электромагнитное и слабое ядерное взаимодействия. В обычных условиях они действуют раздельно и участвуют в разных процессах: слабая сила, например, отвечает за радиоактивный распад, а электромагнитная — за взаимодействие заряженных объектов. Но при очень высоких энергиях и температурах — например, на некоторых этапах ранней Вселенной или в ускорителях частиц — эти силы сливаются воедино.

Физики-теоретики во главе с Алессандро Конильи из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга рассчитали несколько величин, характеризующих силу электрослабого взаимодействия, с беспрецедентной точностью — и обнаружили расхождение с прежними вычислениями.

Расчеты ядерных сил печально известны своей сложностью. На протяжении десятилетий они выполнялись с помощью феноменологических методов, когда уравнения не решаются точно, и в модель приходится вносить данные из экспериментов. Из-за этого трудно понять, согласуются ли лучшие теоретические предсказания с экспериментальными результатами — ведь и то, и другое, по сути, смешивается.

Феноменологический подход был поставлен под сомнение, когда измерение магнитного момента мюонов в эксперименте Muon g-2 на ускорителе Фермилаб дало не совпавшие с теорией данные, а проверка методом решеточной квантовой хромодинамики (КХД) подтвердила их.

Конильи и его коллеги применили КХД, чтобы оценить «бег» электрослабой силы — то есть то, как виртуальные кварк-антикварковые пары «экранируют» ее при разных энергиях. Оказалось, результаты решеточной КХД отличаются от феноменологических расчетов примерно на 1%. Вроде немного, но это расхождение существенно, поскольку авторам удалось вдвое уменьшить погрешность вычислений. Такая точность критически важна для разгадки нескольких загадок, которые сегодня мешают нашему пониманию частиц.

В частности, это поможет в поиске явлений, не входящих в Стандартную модель физики элементарных частиц — теорию, которая описывает все известные силы и частицы. Эта удивительно стройная теория мироздания пока не объясняет важные явления, такие как темная материя, существование которой сомнений почти не вызывает.

Проверить результаты расчетов и извлечь из них максимум пользы можно будет только с запуском Будущего кольцевого коллайдера, который заменит Большой адронный коллайдер не ранее 2040 года, считает профессор Кришна Кумар из Массачусетского университета в Амхерсте.

«Если мы строим новый коллайдер, возникает вопрос: будет ли у нас теоретическая мощь, необходимая для интерпретации измерений?» — объясняет он.

Новая работа должна послужить стимулом и доводом в пользу того, чтобы продолжать строить все более совершенные коллайдеры, согласен Конильи: «Мы искренне верим, что это может стать переломным моментом».

Физики из ЦЕРН предложили построить суперколлайдер на Луне

Физики предложили искать темную материю с помощью загадочных гравитонов

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX