Чтобы пояснить важность неожиданных результатов, полученных с помощью детектора КМД-3 на коллайдере ВЭПП-2000, заместителю директора Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН Ивану Логашенко пришлось прочитать журналистам краткую лекцию по физике элементарных частиц. Итак, каждая заряженная частица — это маленький магнит. Ее сила (магнитный момент) хорошо известна физикам. Согласно квантовой теории, вакуум на самом деле не пуст, он заполнен виртуальными (или короткоживущими ненаблюдаемыми) частицами, взаимодействие с которыми меняет силу магнитного момента буквально на тысячную долю. Но этот эффект измеряем. Наиболее интересно изучать аномальный магнитный момент мюона.
Мюон — тяжелый аналог электрона (в 200 раз тяжелее). А тяжелые частицы наиболее чувствительны к взаимо-действиям. Мюоны можно получать в больших количествах, к тому же они долго живут — целых 2 микросекунды. Еще 60 лет назад родилась идея: Стандартная модель предсказывает магнитный момент, а в эксперименте его можно измерить. Следовательно, чем меньше расхождение между этими двумя величинами, тем точнее Стандартная модель объясняет устройство мира.
Загадки начались в 2000-е годы, когда в Брукхейвенской лаборатории (США) результаты экспериментов зафиксировали значение магнитного момента мюона, отличающееся от предсказанного более, чем на 4 стандартных отклонения. Перед учеными замаячил призрак Новой физики. Здесь надо пояснить, что в аномальный магнитный момент вносят вклад электромагнитные силы, сильные взаимодействия и слабые взаимодействия. Вклад электромагнитных сил и слабых взаимодействий можно вычислить, сильных — только измерить, причем косвенным способом, через частоту рождения адронов при аннигиляции электрона и позитрона. Что интересно, 75% вклада в величину магнитного момента дают пи-мезоны — самые легкие адроны.
Коллайдер ВЭПП-2000 — единственное место в мире, где результаты предыдущих измерений можно проверить и доказать, есть ли Новая физика за пределами Стандартной модели. Подобные эксперименты в ИЯФ СО РАН ведутся с 2010 года. Область энергий, в которой работает ВЭПП-2000 (от 0,36 до 2 ГэВ), как раз наиболее важна для определения вклада сильных взаимодействий в аномальный магнитный момент мюона. Новосибирский коллайдер — самый производительный в мире в своей области энергий. С 2010 года накоплен огромный объем экспериментальных данных. В 2020-м с рекордной точностью было измерено сечение пары пионов (пи-мезонов) с помощью детектора СНД. Затем с помощью детектора КМД-3 провели очень точное измерение вероятности рождения пары пионов при аннигиляции электронов и позитронов. Эксперимент оказался непростым — потребовалось около 10 лет от первого набора данных до публикации результата.
И тут физиков ждал сюрприз: расхождение экспериментальных данных с теоретическим предсказанием оказалось значительно меньше, чем во всех предыдущих экспериментах, проводившихся в мире. Загадка стала еще более интригующей, когда результат, полученный на КМД-3 и проверенный тремя разными методами, совпал с итогами так называемых вычислений на решетке. Это новый метод теоретического расчета, основанный на компьютерном моделировании.
Сейчас новосибирская сенсация ждет проверки в Японии на детекторе Belle II.
«Если результат подтвердится, разница между измеренным и предсказанным теорией аномальным магнитным моментом мюона сократится. Это не означает, что Новой физики нет, видимо, она должна проявляться при бÓльших энергиях. Новые частицы могут существовать, но их масса такая большая, что мы их пока не видим даже на Большом адронном коллайдере», — сказал Иван Логашенко.
«Новая физика подразумевает сложные модели, описывающие наш мир, а мне кажется, что мир красив именно тогда, когда он описывается просто. И если Стандартной модели достаточно, чтобы объяснить его, это не менее замечательно, чем открыть Новую физику», — резюмировал руководитель измерений на детекторе КМД-3 старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Федор Игнатов.
Ольга КОЛЕСОВА
Нет комментариев