Ученые расшифровывают загадки «зептономира»: новые горизонты исследований за пределами Стандартной модели
Современная физика, благодаря таким инструментам, как Большой адронный коллайдер (БАК), делает впечатляющие шаги в изучении субатомного мира. Этот передовой исследовательский инструмент способен исследовать масштабы, достигающие 10^-21 метров, что примерно в миллиард раз меньше, чем атом. Наиболее значительным достижением БАК стало подтверждение существования бозона Хиггса, однако с тех пор новых открытий такого масштаба не произошло. Почему же прогресс в исследованиях частиц замедлился? Ответ на этот вопрос попытался дать физик частиц Гарри Клифф в статье для издания New Scientist.
Зептономир: научный вызов
В своей работе Клифф ссылается на теорию, согласно которой многие загадки современности могут скрываться в так называемом «зептономире», который существует только на масштабах 10^-21 метра. БАК способен напрямую исследовать частицы только до 50 зептометров, что ставит под сомнение возможность обнаружения потенциально существующих частиц на более малых масштабах. Физик Анджей Бурас из Технического университета Мюнхена ставит вопрос, расширяя горизонты исследований: возможна ли индиректная проверка этих гипотетических частиц без необходимости создания новых коллайдеров, срок службы которых простирается до 2070 года? В своей статье для Physik Journal Бурас задается вопросом, способны ли физические явления, происходящие на уровне кварков и лептонов, открыть двери в зептономир уже в этом десятилетии.
«Великолепная семерка»: охота на редкие распады
В 2024 году Бурас представил семь целей для изучения загадок зептономира, назвав их «великолепной семеркой». Все цели представляют собой крайне редкие распады частиц, содержащих странные и нижние кварки, которые Клифф называет «эхами зептономира». К счастью, некоторые эксперименты уже занимаются поиском этих ультраредких распадов.
Одним из наиболее значительных примеров является распад мезона B, который происходит в рамках эксперимента Belle II в Японии. В этом случае был зафиксирован распад мезона B на каон и две нейтрино. Однако эксперимент не был настроен на прямую детекцию нейтрино, что ограничивает доступную информацию о них.
Стоит отметить, что в сентябре 2024 года эксперимент NA62 в CERN зафиксировал распад положительно заряженного каона на пиона и пару частица/античастица. Вероятность такого распада составляет менее одной на десять миллиардов каонов, и этот процесс стал важным индикатором для поиска новых физических закономерностей.
Практическое значение и взгляд в будущее
Исследования в области новых частиц и сил очень актуальны, особенно в свете необходимости объяснения темной материи и асимметрии между материей и антиматерией, отвечающей за существование нашего мира. Как отметил Бурас в журнале CERN Courier: «Непрямые поиски становятся всё более важными, учитывая, что прямые поиски в БАК пока не предоставили никаких подсказок о том, что могут собой представлять эти новые частицы и силы».
С учетом всех вышесказанных фактов, можно сделать вывод, что пока не появятся новые коллайдеры, такие как FCC, именно ультраредкие распады станут нашими единственными окнами в неизведанный зептономир. Именно они определяют будущее физики частиц и могут привести к революционным открытиям, способным изменить наше представление о структуре Вселенной.
