Новий експеримент на Великому адронному колайдері: виявлення невідомих частинок уже поруч
Вчені представили спосіб відкрити раніше невідомі субатомні елементарні частинки.
Автори нової статті, опублікованої у виданні Physical Review Letters, створили новий метод вимірювання швидкості коливань таких елементарних частинок, як тау, що допоможе відкрити раніше невідомі частинки. Вчені вперше майже за 20 років змогли виміряти точну швидкість коливання частинок тау, яке відоме, як магнітний момент, пише Inverse.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Родичі електрона
Електрони мають двох важчих "родичів", які називаються мюонами і тау. Але останні частинки є найзагадковішими, бо набагато важчі за електрони та мюони, але існують надзвичайно недовго. Якщо розмістити тау, мюон або електрон у магнітному полі, то вони починають коливатися, як дзига, що обертається на столі. Такі коливання частинок називаються магнітним моментом.
Згідно з квантовою фізикою, хмари квантових частинок і античастинок постійно з'являються і зникають. Ці хмари трохи змінюють швидкість коливання трьох вищевказаних частинок у магнітному полі. Якщо виміряти точно магнітний момент, то можна виявити у квантовій хмарі ще невідомі частинки.
Ще наприкінці 40-х років минулого століття вчені вперше з'ясували, як квантова хмара змінює швидкість коливань електрона, і відтоді значення цієї швидкості вдалося обчислити до 13 десяткових знаків. За словами вчених, що важча частинка, то сильніше змінюватиметься швидкість її коливань через існування у квантовій хмарі невідомих частинок. Але електрон дуже легкий, а тому з його допомогою виявити нові частинки важко.
Мюони і тау
Мюони, які існують лише кілька мікросекунд, важчі за електрон, і два роки тому фізики змогли обчислити магнітний момент цієї частинки з точністю до 10 десяткових знаків. Виявилося, що швидкість коливань мюонів набагато швидша, ніж припускає Стандартна модель фізики елементарних частинок, а це означає, що в квантовій хмарі існують інші невідомі частинки.
Тау існує всього мільйонну частку часу існування мюона, а тому їх дуже складно виявити. Але водночас тау в 17 разів важче за мюон і в 3,5 тисячі разів — за електрона. Це означає, що за допомогою тау легше знайти в квантовій хмарі невідомі частинки. Востаннє найбільш точне вимірювання магнітного моменту тау фізики провели ще 19 років тому. Але цих показників було недостатньо для перевірки передбачень Стандартної моделі фізики елементарних частинок.
Тому довгі роки велися пошуки нового методу вимірювань швидкості коливань тау. У Великому адронному колайдері після зіткнень ядер атомів з'являються так звані уламки, які можуть містити частинки тау. Але це не дає змоги точно виміряти магнітний момент тау.
Зіткнення фотонів
Протягом трьох років, з 2015 по 2018 роки, фізики проводили експерименти на Великому адронному колайдері, коли для зіткнень використовували іони свинцю, які створюють сильні електромагнітні поля. У цих полях присутні фотони, тобто частинки світла. Коли відбувається зіткнення іонів свинцю, то фотони також стикаються. Таке зіткнення використовували для вивчення мюонів.
Пізніше автори нової статті вирішили використовувати результати вищевказаних експериментів для вимірювання магнітного моменту тау. Виявилося, що іноді іони свинцю не завжди стикаються один з одним, але фотони все ж стикаються. Саме ці зіткнення фотонів можуть створювати частинки тау. І нові умови допомагають точніше виміряти магнітний момент тау.
На шляху до відкриття нових частинок
Минулого року фізики знайшли прямі докази того, що тау з'являється під час вищевказаних зіткнень. У результаті вчені вперше за майже 20 років провели більш точне вимірювання магнітного моменту тау, але про це вони повідомили тільки зараз у своїй новій статті.
Отже, за словами авторів дослідження, тепер вони мають новий метод для вимірювання магнітного моменту тау, а це означає, що незабаром можна буде значно поліпшити точність вимірювань швидкості коливань тау, що дасть змогу нарешті перевірити передбачення Стандартної моделі фізики елементарних частинок. Іншими словами, вчені стали на крок ближче до виявлення ще невідомих елементарних частинок у квантовій хмарі.
Фокус уже писав про те, що фізики на Великому адронному колайдері змогли виявити дуже рідкісний вид частинок, які називаються гіперядра.
Також Фокус писав про те, що для виявлення такої невловимої частинки, як нейтрино, на дні Тихого океану почали будувати нову потужну нейтринну обсерваторію.