Перезагрузка Большого адронного коллайдера и поиски пятой силы природы | Большой адронный коллайдер

Большой адронный коллайдер (LHC) возобновит работу в пятницу после трехлетнего перерыва и, как ожидается, решит научную проблему о том, существует ли загадочная аномалия, которая может указывать на существование пятой фундаментальной силы природы.

загадочные результаты Я упоминал в прошлом году Он возродил надежды на то, что коллайдер длиной 20 миль сможет сделать второе крупное открытие более десяти лет спустя. бозон Хиггса.

«Мы вступаем в эту гонку с большим оптимизмом в отношении возможности грядущей революции», — сказал доктор Митеш Патель, физик элементарных частиц из Имперского колледжа Лондона, чья команда отвечала за исследование в прошлом году.

До сих пор все, что было обнаружено на БАК, включая бозон Хиггса, соответствует так называемому Стандартная форма. Это была ведущая теория физики частиц с 1970-х годов, но известно, что она неполна, поскольку не может объяснить некоторые из самых глубоких загадок физики, такие как природа темной материи.

Но, Данные, собранные в ходе эксперимента LHCb.один из четырех массивных детекторов частиц в ЦЕРН в Швейцарии, который, по-видимому, показывает поведение частиц, которое не может быть объяснено Стандартной моделью.

В эксперименте изучался распад частиц, называемых кварками красоты, которые, как ожидается, будут распадаться с одинаковой скоростью на электроны и их более тяжелых собратьев, мюонов. Однако оказалось, что кварки красоты на 15% меньше мюонов, что указывает на то, что неизвестный фактор — потенциально новая сила — склонил чашу весов. Два главных кандидата включают гипотетические переносящие взаимодействие частицы, называемые лептокварками или Z-простыми числами.

«Ставки очень высоки, — сказал Патель. «Если мы это подтвердим, это будет революция, какой мы никогда не видели — уж точно в моей жизни. Вы же не хотите облажаться».

Прежде чем закрыть LHC для обновления в 2018 году, команда собрала достаточно данных, чтобы показать, что шансы на случайный исход составляют примерно тысячу. Но золотой стандарт для физики элементарных частиц является гораздо более строгим с уровнем достоверности 3,5 метра, а это означает, что необходимо больше данных, прежде чем будет объявлено об открытии. Существует также давняя вероятность того, что некоторые неизвестные экспериментальные ошибки могут объяснить результаты.

«Когда вы показываете этот результат физикам, занимающимся элементарными частицами, их первым побуждением будет: «Ребята, вы облажались», а не новая сила природы», — сказал Патель. «Нам, физикам, нравится быть выше определенности и выбирать другую сторону».

В прошлом году ожидания возросли благодаря более интригующим намекам на физику за пределами Стандартной модели, наблюдаемым в других экспериментах, в том числе в недавних. Необъяснимые результаты Fermilab в Соединенных Штатах.

«Похоже, сейчас есть набор свободных нитей», — сказал профессор Джон Баттерворт из Университетского колледжа Лондона, который работает над экспериментом Атлас на Большом адронном коллайдере. «Это заставило меня начать думать, что может быть что-то в пределах досягаемости от этой гонки или следующего раунда».

По словам Баттерворта, если БАК не сможет обнаружить новую науку за пределами Стандартной модели, это не будет означать неудачу, но оставит область «немного в затруднительном положении» относительно того, что нам следует искать дальше.

Ожидается, что третий раунд продлится до 2026 года после модернизации, которая включала установку дополнительных мощных магнитов, предназначенных для сжатия протонов внутри коллайдера в более тонкие и плотные пучки. Это повысит скорость столкновений частиц внутри ускорителя, а значит, ученые смогут с большей точностью отслеживать редкие события.

«Потенциал для открытия новых идей по-прежнему очень велик, — сказал Ашутош Котвал, физик-экспериментатор элементарных частиц из Университета Дьюка в США и сопредседатель исследовательской группы по эксперименту Атлас Большого адронного коллайдера. что данные, которые мы собрали до сих пор, составляют лишь одну десятую от общего количества, которое мы планируем. Слишком рано унывать».