На БАКе обнаружили аномалию, выходящую за пределы современной физики

Учёные на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН обнаружили новые отклонения в распадах B‑мезонов, которые не укладываются в предсказания Стандартной модели и могут указывать на новую физику, пишет The Conversation.

Результат из эксперимента LHCb достигает уровня примерно 4σ — сильное, но ещё не окончательное доказательство. Аналогичные аномалии ранее заметили в данных CMS, и исследователи обсуждают объяснения от виртуальных частиц внутри Стандартной модели до гипотетических лептокварков.

Что произошло
Физики LHCb на 27‑километровом Большом адронном коллайдере сообщили об аномалиях в редком процессе распада B‑мезонов — так называемом «penguin decay» (пингвиний распад). При этих распадах B‑мезоны в некоторых случаях дают каон, пион и пару мюонов. Измеренные углы, энергии и частоты распадов оказались статистически несовместимыми с предсказаниями Стандартной модели на уровне около 4σ. Это значит, что вероятность случайного совпадения мала (≈1 к 16 000), но до официального открытия обычно требуется 5σ.

Почему это важно
Стандартная модель уже десятилетиями успешно описывает мир элементарных частиц, но явно неполна: она не включает гравитацию, не объясняет природу тёмной материи и тёмной энергии. Любые устойчивые отклонения в предсказаниях могут указать на «новую физику» — дополнительные частицы или силы, которые расширили бы современное представление о вселенной.

Детали эксперимента

• Где: эксперимент LHCb на БАК (ЦЕРН, граница Франции и Швейцарии).
• Что изучали: редкие распады B‑мезонов с образованием каона, пиона и двух мюонов — «пингвиний» канал.
• Какие наблюдения: измерения распределений углов и энергий, а также частоты распадов, показали расхождения с предсказаниями теории.
• Статистика: разница — примерно 4σ; для открытия требуется 5σ. Аналогичные отклонения ранее фиксировались и в эксперименте CMS.

Возможные объяснения

• Новая частица/взаимодействие: гипотетические лептокварки (частицы, сочетающие свойства кварков и лептонов) или более тяжёлые аналоги известных частиц могут менять частоты и характеристики распадов.
• Эффекты внутри Стандартной модели: «очарованные пингвины» (charming penguins) — сложные кварковые процессы и квантовые поправки — могут вносить вклад, который трудно точно оценить теоретически.
• Систематика и статистика: всегда возможны неполнота учёта систематических ошибок или флуктуации выборки.

Контекст и предшествующие находки

• LHCb и CMS уже прежде сообщали о небольших несоответствиях в различных каналах распадов B‑мезонов и лептонов. Совпадение нескольких тревожных сигналов в разных экспериментах повышает интерес научного сообщества.
• Исторически для подтверждения новой физики требовались неоднократные, независимо подтверждённые результаты и высокий статистический уровень (5σ).

Что будет дальше

• Накопление данных: LHC продолжает работу и собирает больше событий, что повысит статистику и позволит уточнить сигналы.
• Совместный анализ: сравнение и объединение результатов LHCb, CMS и ATLAS, а также перекрёстная проверка систематик.
• Теоретическая работа: улучшение расчётов влияния «charming penguins» и разработка моделей с лептокварками или другими кандидатами.
• Возможные эксперименты: новые анализы в существующих детекторах и проекты будущих ускорителей для независимой проверки.

Что такое Стандартная модель и почему её недостаточно

• Стандартная модель описывает кварки, лептоны (электрон, мюон, тау и нейтрино), переносчики взаимодействий (фотоны, W/Z‑бозоны, глюоны) и Хиггсовский бозон. Она предсказывает с высокой точностью электромагнитные, слабые и сильные взаимодействия.
• Ограничения: модель не включает гравитацию, не объясняет происхождение тёмной материи/энергии, не отвечает на вопрос о масштабах масс нейтрино и не даёт полной картины асимметрии материи и антиматерии во Вселенной.
• Почему ищут новую физику в распадах B‑мезонов: редкие процессы, чувствительные к квантовым флуктуациям, усиливают вклад виртуальных частиц. Изменения в частоте или распределениях распадов часто становятся первым указанием на новые высокомассовые частицы.

Напомним, что на Марсе нашли следы древней обитаемой среды.