Международная команда ученых с участием сотрудников Высшей школы экономики собрала и проанализировала данные десятков экспериментов о превращениях нестабильных частиц в их античастицы и обратно. Об этом рассказали в пресс-службе вуза.
Сразу после Большого взрыва материя и антиматерия должны были возникнуть в равных количествах и при идеальной симметрии уничтожить друг друга. Но Вселенная сохранилась и почти полностью состоит из вещества, а значит, это равновесие было нарушено. Почему именно так произошло, все еще неизвестно.
Стандартная модель (далее СМ) описывает свойства элементарных частиц и подтверждается многочисленными экспериментами, но не объясняет исчезновение антивещества. В поисках ответов физики исследуют слабое взаимодействие, в котором частицы могут превращаться в античастицы и обратно. Эти превращения особенно чувствительны к нарушениям симметрии и поэтому удобны для проверки границ СМ.
Международная группа UTfit, в которую входят исследователи факультета компьютерных наук (ФКН) ВШЭ, провела самый полный на сегодня анализ этих процессов. В него вошли данные десятков экспериментов, включая новые результаты детектора LHCb на Большом адронном коллайдере и японского Belle II, которые фиксируют редкие распады частиц в разных условиях.
Ученые сосредоточились на очарованных мезонах — короткоживущих частицах, способных спонтанно превращаться в свои античастицы и обратно, что делает их удобным инструментом для поиска малейших различий между материей и антиматерией. Если бы в таких превращениях проявилось небольшое различие между частицами и античастицами, это могло бы означать, что в природе есть частицы или взаимодействия, которых ранее не замечали.
Результаты показали, что превращения мезонов в античастицы происходят крайне редко — примерно 4 раза на 1 тыс. распадов, а разница в скорости распадов частиц и античастиц составляет около шести на тысячу. Эти значения полностью соответствуют предсказаниям СМ. Выявленное CP‑нарушение — то самое различие между материей и антиматерией — слишком мало, чтобы объяснить исчезновение антивещества во Вселенной.
Даже когда отклонения не обнаруживаются, исследования позволяют уточнить границы, в которых СМ остается верной, и оценить характеристики гипотетической новой физики. Анализ показал, что если новые частицы существуют, они должны быть достаточно тяжелыми, чтобы их влияние было практически незаметно на текущем уровне точности. Другими словами, эти эффекты могут проявиться только при энергиях, пока недоступных для современных коллайдеров.
Чем тяжелее гипотетическая частица, тем слабее ее вклад в наблюдаемые процессы на доступных энергиях. Мы объединили данные десятков экспериментов и видим, что все результаты согласуются со Стандартной моделью. Это значит, что если новая физика и существует, ее частицы настолько тяжелые, что их влияние на подобные процессы почти не проявляется. Чтобы заметить даже такие слабые эффекты, нужно продолжать накапливать статистику и повышать точность измерений.
Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ. Работа опубликована в журнале Physical Review D.
Ранее Наука Mail рассказывала, что физики зафиксировали самый редкий распад частиц в истории.
