Чи є Стандартна модель фізики частинок істиною останньої інстанції? Чи її основні положення невірні в принципі?
Останнім часом зросла кількість експериментальних спостережень, які відхиляються від передбачень цієї широко прийнятої фізичної теорії. Дослідження, проведене Боннським університетом, тепер надає ще більш вагомі докази існування "нової фізики".
Остаточну версію роботи опубліковано в журналі Physics Letters B. Провідний автор Чієн-Йеа Сенг представить результати в середині жовтня на осінньому засіданні Фізичного товариства США.
Прийнято вважати, що Стандартна модель фізики частинок описує будівельні блоки, з яких складається світ. Модель також пояснює, які сили діють між елементарними частинками, і дає нам змогу зрозуміти багато фізичних явищ.
"Однак є й питання, на які ця теорія не може відповісти", - пояснює доктор Чієн-Йеа Сенг, постдокторант Інституту ядерної фізики імені Гельмгольца при Боннському університеті.
"Наприклад, більшість дослідників припускають, що 95% нашого Всесвіту складається з темної матерії і темної енергії, які ми не можемо виявити безпосередньо за допомогою наших вимірювальних приладів. Але існування цих таємничих компонентів не може бути виведено зі Стандартної моделі". Хоча сама теорія спирається на "факт" їхнього існування.
Тому багато дослідників припускають, що Стандартна модель ще не є остаточною відповіддю, і має бути доповнена або навіть кардинально змінена.
Дедалі більше експериментальних результатів також вказують у цьому напрямку, наприклад, результати, що стосуються розпаду так званих каонів. Ці частинки є компонентом космічних променів, що виходять від зірок і галактик. Вони нестабільні, розпадаються в середньому через кілька мільярдних часток секунди.
Невелика розбіжність між вимірами і теорією
Параметр Стандартної моделі під назвою Vus описує цей розпад. Його значення може бути витягнуто математично з даних вимірювань і експериментів. Однак якщо проаналізувати розпад каонів, то для Vus виходять різні результати.
"Це може бути ознакою фізики, що виходить за рамки Стандартної моделі", - пояснює Сенг.
Але повної впевненості в цьому немає. Це пов'язано з тим, що існує три можливі причини розбіжностей:
- По-перше, вимірювання в експериментах можуть бути неправильними або занадто неточними.
- По-друге, можливо, розрахунок відповідних розпадів у рамках Стандартної моделі недостатньо точний.
- По-третє, Стандартна модель насправді невірна. У цьому випадку, принаймні.
"Перше пояснення зараз вважається малоймовірним, - підкреслює професор Ульф Майснер з Інституту Гельмгольца. - По-перше, тепер можна визначити Vus експериментально зі зростаючою точністю. По-друге, ці вимірювання вже багаторазово повторювалися".
Теорія помилкова? Або розрахунки занадто неточні?
Однак незрозуміло, чи достатньо точні розрахунки розпадів у рамках Стандартної моделі для отримання Vus. Це пов'язано з тим, що обчислення можливі лише приблизною мірою і тільки з використанням надзвичайно потужних суперкомп'ютерів.
Крім того, навіть найшвидші комп'ютери працювали б десятиліття, щоб досягти достатньо високої точності обчислень.
"Однак нам потрібна висока точність, щоб бути достатньо впевненими в тому, що розбіжність між значеннями Vus справді свідчить про помилку в Стандартній моделі", - підкреслює Сенг.
Разом із колегами молодий дослідник із Малайзії розробив метод, який дає змогу значно скоротити час обчислень.
"Для цього ми розбили завдання - точне вилучення Vus - на безліч простіших підпроблем, - каже він. - Це дало змогу визначити значення Vus з каонних розпадів набагато швидше і точніше, ніж раніше".
Свідчення "нової фізики" посилюються
Отримані результати підтверджують розбіжність між значеннями Vus. Таким чином, докази існування "нової фізики" за межами Стандартної моделі посилилися.
"Ми ще не можемо бути повністю впевнені", - каже Сенг.
"Для цього наші розрахунки мають стати трохи точнішими. Але якщо наші результати підтвердяться, це, безумовно, буде одним із найважливіших відкриттів у фізиці частинок за останні роки".
За матеріалами https://phys.org
