«Тёмная сила» новой физики

В двух крупных экспериментах появились признаки "новой физики". Адронный коллайдер "Тэватрон" зафиксировал рождение частиц там, где они не должны рождаться, а космический эксперимент PAMELA нашёл следы распада частиц тёмной материи. Но оба факта удивительно хорошо ложатся в единую теорию, предполагающую существование в мире "тёмной силы".

Пока на Большом адронном коллайдере (LHC) готовятся к ремонту после крупной сентябрьской аварии, доживающий последние месяцы в статусе самого мощного ускорителя планеты американский «Тэватрон» преподнёс физикам неожиданный сюрприз. В конце прошлой недели сотрудники коллаборации CDF, работающие на одноимённом гигантском детекторе частиц «Тэватрона», опубликовали препринт, где описывают нечто, выходящее за рамки почти священной для физиков Стандартной модели элементарных частиц.

Если этот сигнал окажется не каким-то неучтённым фоновым эффектом, это открытие станет первым земным свидетельством ограниченности Стандартной модели.


Земным в том смысле, что астрофизикам уже давно известны тёмная материя и тёмная энергия, также в Стандартную модель не вписывающиеся. Правда, о свойствах частиц, из которых состоит тёмная материя, практически ничего не известно.

«Тэватрон» и лишние мюоны

Стандартная модель

физики элементарных частиц – теоретическая конструкция, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Стандартная модель не включает в себя гравитацию. Стандартная...
С помощью детектора CDF физики изучают частицы, возникающие при столкновении протонов – положительно заряженных частиц, входящих в состав всех атомных ядер, и антипротонов – их отрицательно заряженных антиподов. В ускорителе «Тэватрон», как и подсказывает его имя, эти частицы ускорены до энергий почти в 1 ТэВ, или 1000 ГэВ – тысячу миллиардов электронвольт, а энергия столкновения составляет, соответственно, почти 2000 ГэВ, что позволяет рождать самые разные, даже очень массивные элементарные частицы.

Однако даже просто зафиксировать факт существования большинства интересующих частиц не получается. Как правило, они неустойчивы и за ничтожные доли секунды превращаются в несколько частиц полегче. Именно свойства продуктов распада и измеряет детектор, а физики потом в соответствии с известной метафорой «пытаются восстановить устройство часового механизма, рассматривая осколки шестерёнок часов, столкнувшихся на околосветовой скорости».

Одна из самых популярных «шестерёнок» такого рода – мюон. По своим свойствам мюоны очень похожи на обыкновенные электроны, вращающиеся вокруг атомных ядер. Однако мюоны гораздо массивнее, а потому для физиков-экспериментаторов представляют особую ценность. Во-первых, их труднее «сбить с пути» при встречах с протонами и электронами детектора, а во-вторых, в самих столкновениях их рождается меньше, и разобрать их следы в детекторе проще, чем запутанные траектории многочисленных электронов.

Одна из частиц, которую активно изучали с помощью мюонов, – это так называемый B-мезон, в состав которого входит тяжёлый b-кварк (или антикварк).