Новый эксперимент на Большом адронном коллайдере: обнаружение неизвестных частиц уже рядом

Авторы новой статьи, опубликованной в издании Physical Review Letters, создали новый метод измерения скорости колебаний таких элементарных частиц, как тау, что поможет открыть ранее неизвестные частицы. Ученые впервые почти за 20 лет смогли измерить точную скорость колебания частиц тау, которое известно, как магнитный момент, пишет Inverse.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Родственники электрона

Электроны имеют двух более тяжелых "родственников", которые называются мюоны и тау. Но последние частицы являются самыми загадочными, так как намного тяжелее электронов и мюонов, но существуют чрезвычайно недолго. Если разместить тау, мюон или электрон в магнитном поле, то они начинают колебаться, как волчок, вращающийся на столе. Такие колебания частиц называются магнитным моментом.

Согласно квантовой физике, облака квантовых частиц и античастиц постоянно появляются и исчезают. Эти облака немного меняют скорость колебания трех вышеуказанных частиц в магнитном поле. Если измерить точно магнитный момент, то можно обнаружить в квантовом облаке еще неизвестные частицы.

Еще в конце 40-х годов прошлого века ученые впервые выяснили, как квантовое облако меняет скорость колебаний электрона и с тех пор значение этой скорости удалось вычислить до 13 десятичных знаков. По словам ученых, чем тяжелее частицы, тем сильнее будет меняться скорость ее колебаний из-за существования в квантовом облаке неизвестных частиц. Но электрон очень легкий, а потому с его помощью обнаружить новые частицы трудно.

Мюоны и тау

Мюоны, которые существуют всего несколько микросекунд, тяжелее электрона и два года назад физики смогли вычислить магнитный момент этой частицы с точностью до 10 десятичных знаков. Оказалось, что скорость колебаний мюонов намного быстрее, чем предполагает Стандартная модель физики элементарных частиц, а это значит, что в квантовом облаке существуют другие неизвестные частицы.

Тау существует всего миллионную долю времени существования мюона, а потому их очень сложно обнаружить. Но в то же время тау в 17 раз тяжелее мюона и в 3,5 тысячи раз – электрона. Это значит, что с помощью тау легче найти в квантовом облаке неизвестные частицы. Последний раз наиболее точное измерение магнитного момента тау физики провели еще 19 лет назад. Но этих показателей было недостаточно для проверки предсказаний Стандартной модели физики элементарных частиц.

Поэтому долгие годы велись поиски нового метода измерений скорости колебаний тау. В Большом адронном коллайдере после столкновений ядер атомов появляются так называемые обломки, которые могут содержать частицы тау. Но это не позволяет точно измерить магнитный момент тау.

Столкновение фотонов

В течение трех лет, с 2015 по 2018 годы, физики проводили эксперименты на Большом адронном коллайдере, когда для столкновений использовали ионы свинца, которые создают сильные электромагнитные поля. В этих полях присутствуют фотоны, то есть частицы света. Когда происходит столкновение ионов свинца, то фотоны также сталкиваются. Такое столкновение использовали для изучения мюонов.

Позже авторы новой статьи решили использовать результаты вышеуказанных экспериментов для измерения магнитного момента тау. Оказалось, что иногда ионы свинца не всегда сталкиваются друг с другом, но фотоны все же сталкиваются. Именно эти столкновения фотонов могут создавать частицы тау. И новые условия помогают более точно измерить магнитный момент тау.

На пути к открытию новых частиц

В прошлом году физики нашли прямые доказательства того, что тау появляется во время вышеуказанных столкновений. В результате ученые впервые за почти 20 лет провели более точное измерение магнитного момента тау, но об этом они сообщили только сейчас в своей новой статье.

Таким образом, по словам авторов исследования, теперь они имеют новый метод для измерения магнитного момента тау, а это значит, что вскоре можно будет значительно улучшить точность измерений скорости колебаний тау, что даст возможность наконец-то проверить предсказания Стандартной модели физики элементарных частиц. Другими словам, ученые стали на шаг ближе к обнаружению еще неизвестных элементарных частиц в квантовом облаке.

Фокус уже писал о том, что физики на Большом адронном коллайдере смогли обнаружить очень редкий вид частиц, которые называются гиперядра.

Также Фокус писал о том, что для обнаружение такой неуловимой частицы, как нейтрино, на дне Тихого океана начали строить новую мощную нейтринную обсерваторию.