Полтергейст на Большом адронном коллайдере
Читателю наверняка знакомо это странное ощущение, что происходит нечто непонятное: в пустой запертой комнате отчего-то скрипят половицы, зловеще хлопает на ветру форточка, а оставленный на столе мобильник не пойми как переместился в микроволновку. Нет, разумеется, мы не верим в привидений, и, скорее всего, за всеми этими чудесами стоят простые материальные причины... Но как избавиться от чувства, что происходит что-то неладное?
Вот примерно такое состояние сейчас испытывают некоторые физики на Большом адронном коллайдере, что в окрестностях Женевы. У них тоже происходит неладное. И вполне возможно, что это просто совпадение, но... чувство не уходит.
Во-первых, распад B-мезона. B-мезон — это такая штука, которая состоит из тяжеленного b-кварка и какого-нибудь антикварка. Эта штуковина столь нескладная и нелепая, что, едва родившись, распадается почти сразу же на что-нибудь другое. В одном типе распада могут получаться мюоны, а могут, например, тау-лептоны. Вообще, с точки зрения современной физики (она же «стандартная модель», она же «квантовая теория поля») мюон и тау-лептон — и, собственно, припишите туда же и электрон — это ровно одно и то же. Различаются они только массой. И потому, если учесть разницу в массах, мезону должно быть абсолютно все равно, на что именно распадаться.
А ему, кажется, не все равно. Он как-то больше любит распадаться на тау-лептоны, как заметили сотрудники одного из детекторов БАК (LHCb, приспособлен как раз для изучения В-мезонов и тому подобных штуковин). Статистическая достоверность этого различия очень маленькая (две сигмы*, как выражаются между собой эти авгуры), то есть такой результат вполне можно было бы списать на совпадение... если бы подобное совпадение не наблюдалось ранее уже дважды, в похожих экспериментах. Если физики постараются набрать побольше статистики, чтобы увеличить достоверность до приличных пяти сигм (это займет у них где-то не меньше года), результат станет доказанным. То есть существование привидений будет точно установлено. То есть «стандартная модель» будет объявлена исчерпанной.
Объяснений, почему бы мезону удобнее было распадаться на тау-лептоны, чем на мюоны, теоретики заранее подогнали достаточно. Наиболее прямолинейное, которое и предлагается авторами статьи, — существование нескольких хиггсовских бозонов, которые более охотно взаимодействует с фермионами старших поколений (то есть как раз с тау-лептоном). Такое вроде бы должно случаться в некоторых моделях суперсимметрии, но тут мы смущенно замолчим, пока вместе с читателем не запутались окончательно. Скажем лишь, что именно на суперсимметрию возлагают большие надежды в смысле опрокидывания всей современной физики. От нее так долго этого ждали, что когда это конкретное привидение удастся наконец заснять на инфракрасную камеру, никто, кажется, особо и не удивится.
Между тем на других детекторах БАКа, кажется, заметили следы какой-то неведомой частицы, также не предусмотренной «стандартной моделью» (все, что было ею предусмотрено, уже открыто, и последним из списка был бозон Хиггса, чем, собственно, он и прославился). На открытие это тоже не тянет, поскольку опять же не дотягивает до пяти сигм. Но что-то такое весом около 2 ТэВ нет-нет да и мелькнет в темных коридорах коллайдера.
Опять же, если оно не примерещилось, значит, привычную науку придется пересматривать, точнее, расширять. Теоретики заранее наделали несколько дюжин разных заготовок, как именно расширять границы науки, и покамест ожесточенно спорят, кто из них ошибся в расчетах. Если окажется, что там, на 2 ТэВ, и правда что-то шевелится, многие расчеты точно окажутся в мусорной корзине, а их авторы — на обочине истории познания. Когда неопровергнутой останется одна-единственная теория — объясняющая и странные распады мезонов, и непонятные пики на 2 ТэВ, и скрип половиц, и загадочные перемещения вашего мобильника со стола под холодильник, — историю науки можно будет считать дописанной. Но пока, слава Богу, там еще шевелится что-то непонятное.
Об этих странностях можно также прочитать на сайте Nature.
___________
* Все эти сигмы совсем не так страшны, как может показаться. Сигма — это ширина статистического распределения. Например, если вы бросаете монетку 100 раз, то сигма равна десяти. В среднем у вас 50 раз выпадает орел, но может выпасть и 45, и 58 раз. Допустим, у вас выпало 40 орлов. Может такое быть? Запросто: отклонение от среднего равно всего одной сигме. Таким образом, все эти разговоры про две сигмы или пять сигм — это просто разговоры о том, разумно ли объяснять результат эксперимента случайным совпадением, или логичнее предположить, что монетка шулерская. При отклонении пять сигм случайное совпадение столь маловероятно, что результат (в нашем случае жульничество бросающего) считается доказанным.