Рядък разпад на частици може да стане прозорец към нова физика

Учени открили две извънредно редки събития, които ще помогнат да се проверят стандартните представи за елементарните частици, а възможно и да се излезе извън пределите на известната ни физика. Става въпрос за изключително екзотичен разпад на положително зареден каон на положително зареден пион и двойка от неутрино и антинеутрино (K+ → π+ ν ν-).

Времето на живот на положително зареден каон е в порядъка на една стомилионна част от секундата. След това той се разпада на други частици. Стандартният модел, който се явява сегашната теоретичната конструкция във физиката на елементарните частици, прогнозира, че приблизително само един от десет милиарда каони ще се разпадне по този начин. Прогнозната грешка е по-малка от 10%, което е достатъчно голяма точност за подобни разчети.Ако при експерименти подобен разпад се фиксира по-често или по- рядко отколкото теоретично определения, това ще означава дългоочакваното откритие на явление, което не съвпада със Стандартния модел.

Физици от колаборацията (експеримента) NA62 на Европейската организация за ядерни изследвания (CERN) три години са водили наблюдения за такива разпади. В изследването са участвали около 200 учени от 27 научни организации.

На ускорителя SPS (The Super Proton Synchrotron) експериментаторите са генерирали снопове от протони, които са били насочвани към берилиева мишена. В резултат на тези бомбардировки са възниквали почти милиард нови частици в рамките на секунда. Около 6% от тези частици са били каони.

През 2018 година колаборацията NA62 е съобщила резултатите от обработката на данните за 2016 година. За този период физиците са наблюдавали около сто милиарда разпада на положителни каони. Един от тях е удовлетворил всичките условия, които са определили учените за да не допуснат грешка. Това е бил така дългоочаквания разпад на положителен пион, неутрино и антинеутрино.

По принцип, както споменахме вече, такова събитие би трябвало да се случи веднъж на десет милиарда разпада, а не на сто милиарда. Означава ли това, че Стандартният модел не работи и е време за създаването на нова физика?

Разбира се, че не. Така или иначе, теорията прогнозира средното значение на случайната величина. Може да се направи аналогия с хвърлянето на монетка. Ако дълго подхвърляме монетката, средната честота да се падне ези ще е 1/2. Но ако направим само една серия от десет хвърляния, то ези може да се падне и повече, и по-малко пъти от средните пет подхвърляния.

Именно затова на изследователите им била необходима повече информация. Физиците обединили резултатите от 2016 година с почти десет пъти по-големия обем от данни от 2017 година. Резултатите от тази работа са представени на семинар на CERN и публикувани на сайта на организацията.

В данните от 2017 година изследователите открили още две събития, които се предполага , че представляват точно търсените разпади. Обединявайки резултатите от двегодишните измервания, учените изчислили , че такова събитие се е случвало 2,44 пъти на 10 милиарда разпада.

Тези резултати не опровергават Стандартния модел. Те са съвместими с прогнозата „1 на 10 милиарда”, тъй като 2,44 пъти е оценка отгоре. От друга страна резултатите позволяват да се изключат варианти за нови физични теории извън Стандартния модел, предполагащи по-чести разпади от така определените.

„Това е голямо постижение и ние в бъдеще ще надграждаме, базирайки се на него. Подобрявайки експерименталната си техника, ние сега търсим начини да я усъвършенстваме, използвайки данните , получени през 2018 година . Данните от 2018 година са два пъти повече от тези получени през 2017 година, което би трябвало да ни позволи да открием повече събития и по-точно да проверим Стандартния модел”. – казва говорителя на колаборацията NA62 Кристина Лацерони