Физики обнаружили "нестандартную" частицу

Российские физики из дубнинского Объединенного института ядерных исследований обнаружили частицу, не предусмотренную стандартной моделью. По их мнению, загадочный Е(38) представляет собой не что иное, как легкий бозон, распадающийся на пары фотонов. Следует заметить, что открытие подобного уровня наши ученые делают в первый раз после распада СССР.

Фото:

То, что данная частица не входит в так называемую Стандартную модель, вовсе не означает того, что о ней до этого вообще ничего не знали. В начале прошлого года исследователи из Португалии Эеф ван Беверен и Джордж Рупп, просматривая данные, собранные коллаборацией BABAR при столкновениях электронов и позитронов на коллайдере PEP-II в американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC, обнаружили интересный пик событий в диапазоне масс около 38 миллиэлектронвольт.

Физиков заинтересовал этот странный пик, при котором было зарегистрировано большое количество фотонов, которых при нормальных условиях эксперимента там быть не должно, и они занялись исследованием данного феномена. В итоге в феврале нынешнего года ученые, проанализировав результаты опытов, коллабораций CDF (она работала на протон-антипротонном коллайдере "Теватрон" в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми), CMD (электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2М, Институт ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН), CB-ELSA (ускоритель электронов ELSA, Боннский университет) и COMPASS (Суперпротонный синхротрон, Европейская организация по ядерным исследованиям), пришли к выводу, что физики-экспериментаторы, сами того не ожидая, открыли новую для науки частицу.

Читайте также: Бозонов Хиггса оказалось много

По мнению исследователей, у этой легкой частицы, существует стандартный путь распада — на пары фотонов. Это говорит о том, что здесь приходится иметь дело с неизвестным пока бозоном. С бозоном Хиггса его идентифицировать не получается — слишком уж легкой оказалась эта частица. Тогда ван Беверен и Рупп предположили, что на коллайдерах удалось обнаружить следы бозона, чье существование просто не учла общепринятая ныне Стандартная модель.

Следует заметить, что даже в науке любое покушение на справедливость основ (в данном случае — на универсальность Стандартной модели) всегда воспринимается весьма и весьма критически. Вот и на этот раз многие коллеги не согласились с выводами ван Беверена и Руппа. Более того, представители коллаборации COMPASS, чьими результатами в числе прочих и пользовались теоретики, предложили свою интерпретацию данного феномена. Они утверждали, что найденный пик событий в диапазоне 38 миллиэлектронвольт является всего лишь навсего… артефактом (то есть помехой), характерным для конкретного спектрометра и конкретной схемы измерений.

Видите: частицу еще толком-то изучить и назвать не успели (пока ее именуют бозон Е(38)), а страсти вокруг нее уже кипят нешуточные. Для того, чтобы подтвердить или опровергнуть ее существование, нужен был эксперимент, в котором осуществлялся бы целенаправленный поиск нового бозона. И вот этой нелегкой, но в то же время и весьма интересной задачей решили заняться сотрудники Объединенного института ядерных исследований в Дубне, а помогали им в этом коллеги из Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики и Института прикладной физики Академии наук Молдовы.

Опыты, прошедшие на известном дубнинском коллайдере "Нуклотрон", состояли в следующем: разогнанный до нужных скоростей пучок частиц попадал на углеродную или медную мишень. Этот пучок состоял из дейтронов (они содержат один протон и один нейтрон ядра дейтерия, стабильного тяжелого изотопа водорода) и протонов. И вот эти дейтроны разгоняли на "Нуклотроне" до энергий в 2 или 3 гигаэлектронвольта (в пересчете на один нуклон), а протоны — до 4,6 гигаэлектронвольта. Ну, а результаты столкновений частиц с мишенями фиксировали удаленные на три с лишним метра черенковские гамма-спектрометры — для того, чтобы исключить возможность артефакта по вине прибора, использовались принципиально другие измерительные системы.

В результате данные гамма-спектрометры зафиксировали свидетельства распадов Е(38) на пары фотонов. После этого построили распределение числа фотонных пар по их инвариантной массе (то есть величине, для расчета которой необходимо знать энергии двух фотонов и угол между направлениями их движения) и сравнили полученный график с фоновыми предсказаниями Стандартной модели. В итоге удалось обнаружить тот самый прогнозируемый ван Бевереном и Руппом пик в области 38 миллиэлектронвольт. Причем сигнал проявлялся в разных вариантах эксперимента — и при выведении протонов и 2-гигаэлектронвольтовых дейтронов на углеродную мишень, и при попадании более высокоэнергетических дейтронов на медную мишень. Это говорит о том, что вышеупомянутый пик, скорее всего, совсем не артефакт, а следы реально существующего бозона.

Впрочем, пока что бурной реакции на это сообщение не последовало — скептики указали на то, что дубнинские ученые, описывая результаты своей работы в препринте статьи, пренебрегли рядом необходимых формальностей, и поэтому оценить достоверность их выводов пока что достаточно сложно. Дело в том, что, согласно сложившийся традиции, в подобной публикации и даже ее препринте должно быть приведено краткое описание установки и ее важнейших характеристик вроде энергетического разрешения, а также такие важные сведения, как критерии отбора событий, информация о том, как моделировался фон, и результаты статистического анализа с оценкой значимости сигнала.

Тем не менее, как это не удивительно для сообщения о частице, не вписывающейся в Стандартную модель (их ведь, согласитесь, не каждый день обнаруживают!), ничего этого в препринте работы отечественных физиков нет. А есть лишь несколько однотипных графиков, построенных для всех вариантов эксперимента и разных критериев отбора (ограничений на энергию фотонов, сумму энергий двух фотонов и угол их разлета), которые предъявляются без каких-либо комментариев. Подобное может насторожить кого угодно — а не ложная ли это сенсация?

Впрочем, не исключено, что исследователи настолько торопились объявить о результатах своего весьма важного и интригующего эксперимента, что у них просто не было времени на все формальности. Это в какой-то мере подтверждает сообщение г-на ван Беверена о том, что дубнинские физики обещали в ближайшем будущем составить подробное описание измерительной схемы и методов анализа. И тогда мало кто усомниться в том, что загадочный бозон Е(38), не вписывающийся в стандартную модель, действительно существует…

Все самое интересное читайте в рубрике "Наука и техника"