ЦЕРН снова «нащупал» новую физику

20 Ноября 2017 в 17:35, Илья Хель 15 797 просмотров 49

С середины и до конца двадцатого века квантовые физики разобрали по частям единую теорию физики, предложенную общей теорией относительности Эйнштейна. Физика большого подчиняется гравитации, но только квантовая физика могла описывать наблюдения малого. С тех пор продолжается теоретическое перетягивание каната между гравитацией и тремя другими фундаментальными взаимодействиями, пока физики пытаются расширить гравитацию или квантовую физику, чтобы одна могла поглотить другую. Последние измерения, поступившие с Большого адронного коллайдера, показывают расхождение между прогнозами Стандартной модели, которые могут намекать на совершенно новые сферы Вселенной, лежащие в основе описываемого квантовой физикой. Хотя для подтверждения этих аномалий требуются повторные испытания, подтверждение будет означать поворотный момент в нашем самом фундаментальном описании физики частиц на сегодняшний день.

Квантовые физики обнаружили, что мезоны не распадаются на каон и мюон так часто, как того требует Стандартная модель. Они считают, что повышение мощности Большого адронного коллайдера раскроет частицу нового типа, ответственную за это расхождение. Хотя расхождение могут вызвать ошибки в данных или теории, в таком случае вместо новой частицы улучшенный БАК станет благом для нескольких проектов на передовом фронте физики.

Стандартная модель

Стандартная модель — это хорошо проверенная фундаментальная теория квантовой физики, которая описывает три из четырех фундаментальных взаимодействия, которые, как полагают, управляют нашей физической реальностью. Квантовые частицы бывают двух основных типов: кварки и лептоны. Кварки связываются вместе в различных комбинациях, образуя частицы вроде протона и нейтрона. Протоны, нейтроны и электроны, как известно, собираются в атомы.

«Лептонное семейство» имеет более тяжелые версии электрона — вроде мюона — и кварки могут сливаться в сотни других составных частиц. Две из них, самый нижний и К-мезоны, оказались замешаны в этом квантовом детективе, на который обратили внимание ученые. B-мезон распадается на К-мезон, сопровождаемый мюоном (mu-) и анти-мюоном (mu+).

Аномалия

Ученые обнаружили вероятность в 2,5 сигма, или 1 к 80 того, что в отсутствие неожиданных эффектов, то есть новой физики, более девиантное распределение, чем наблюдалось, будет производиться примерно в 1,25% случаев, говорит профессор Спенсер Клейн, старший научный сотрудник Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. Клейн не участвовал в исследовании.

Проще говоря, частота распада мезонов на странные кварки в процессе протонных столкновений на БАК оказывается ниже ожидаемой. «Загвоздка в том, что с 2,5 сигма либо данные немного не того, либо теория немного не того, либо есть намек на что-то за пределами Стандартной модели», говорит Клейн. «Я бы поставил на что-то одно из первых двух».

По мнению Клейна, это отклонение неизбежно, учитывая большой объем данных, которыми оперируют компьютеры в операциях с БАК. «С петабайтовыми наборами данных с БАК и современными компьютерами мы можем производить огромное число вычислений разных величин», говорит Клейн. «БАК выдал много сотен результатов. Статистически некоторые из них могут демонстрировать флуктуации в 2,5 сигма». Физики частиц обычно ждут флуктуацию в 5 сигма, прежде чем бить в колокол.

Эти последние аномальные наблюдения тоже не были взяты с потолка. «Интересно то, как эти наблюдения соотносятся с другими аномальными измерениями процессов с участием B-мезонов, сделанными за последние годы», говорит доктор Тевонг Ю, соавтор исследования и младший научный сотрудник в Университете Кембриджа. «Эти независимые измерения были менее чисты, но более значительны. В сумме, шанс того, что все эти разные измерения отклоняются от Стандартной модели, близок к 1 на 16 000, или 4 сигма», говорит он.

Расширение Стандартной модели

Исключая статистическую или теоретическую ошибки, Тевонг подозревает, что аномалии маскируют присутствие совершенно новых частиц, лептокварков или новых калибровочных бозонов. Внутри нижних мезонов квантовые возбуждения новых частиц могут мешать нормальной частоте распада. В своем исследовании ученые заключили, что обновленный БАК может подтвердить существование новых частиц и внести мощное обновление в Стандартную модель в процессе.

«Это было бы революционным для нашего фундаментального понимания Вселенной», говорит Тевонг. «Для физики частиц это будет означать, что мы приподнимаем еще один слой Природы и продолжаем путешествие к самым элементарным строительным блокам. Это будет важно для космологии, поскольку она опирается на наши фундаментальные теории понимания ранней Вселенной. Взаимодействие между космологией и физикой частиц было очень плодотворным в прошлом. Что касается темной материи, если она возникает из того же нового физического сектора, в который встроен лептокварк, мы могли бы также найти ее след».

Знания — сила

До сих пор ученые с БАК наблюдали лишь призраки и аномалии, намекающие на частицы, существующие на высоких уровнях энергии. Чтобы доказать их существование, физикам «нужно подтвердить косвенные признаки, а для этого нужно ждать, пока эксперимент LHCb не соберет больше данных о распадах B, чтобы сделать более точные измерения», говорит Тевонг. «Мы также получим независимое подтверждение с другого эксперимента, Belle II, который даст о себе знать в следующие несколько лет. После всего этого, если измерение распадов B все еще будет расходиться с прогнозами Стандартной модели, мы будем уверены, что здесь играет нечто за пределами Стандартной модели».

Чтобы установить существование новых частиц, физики должны произвести их так же, как нижние мезоны или бозоны Хиггса, и наблюдать за их распадом. Тот факт, что они не видели таких экзотических частиц на БАК (пока что), означает, что те могут быть слишком тяжелыми и для их производства нужно больше энергии.

Квантовый скачок для БАК

Поиск новых частиц на БАК не зависит от ожидания. Вероятность наблюдения новых явлений прямо пропорциональна количеству частиц, погибающих в столкновениях. «Чем больше появляется частиц, тем выше шансы того, что мы заметим нужное на фоне множества других событий в этих столкновениях», объясняет Тевонг. Поиск новых частиц он уподобляет поиску иголки в стогу сена; проще найти иголку в стогу сена, который набит иголками.

Если аномалии будут подтверждены, Стандартная модель должна будет измениться. Вместе с тем увеличатся и масштабы энергии, на которые будут ориентировать следующее поколение коллайдеров. Возможно, и до темной материи доберемся. А там, глядишь, объединим все эти взаимодействия между различными аномалиями в единую и элегантную теорию.

ЦЕРН снова «нащупал» новую физику

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

49 комментариев

  1. kirfoton

    Спасибо, интересная статья. Кроме всего прочего, насколько я помню, Стандартная модель предусматривает существование монополей (магниты с одним полюсом) и распад протона . Что - то уже не ищут эти явления или я плохо информирован ?

  2. RiotMakeR

    физика частиц конечно интересна, хотя бы с точки зрения получения новых источников энергии ... только вот бесконечно ее развивать, теоретически и подтверждая впоследствии теории на практике, не получится ... всегда будет последняя частица, разгадать работу которой мы не сможем

    этот эффект последней частицы можно образно сравнить последней самой маленькой матрешкой внутри более больших матрешек ... пока мы может открыть большие матрешки, для того чтобы узнать есть ли внутри матрешки по-меньше мы будем продвигаться в исследованиях ... но мы неизбежно столкнемся с ситуацией, когда матрешку меньшего размера уже невозможно будет открыть, чтобы посмотреть - а же что внутри?

    • Kvazar666

      Все возможные фундаментальные источники энергии уже давно известны поэтому мяч сейчас на поле инженерии и экономики.

      • mezon79

        Можно ли говорить о всевозможных проекциях конуса наблюдая всего лишь один треугольник?... СлабоЭлектроМагнитоСильное объединение, указывает лишь на многогранность фундаментальной первосути лежащей в основе наблюдаемых взаимодействий. Как и упорные проблемы с квантованием гравитации, могут указывать лишь на не совсем адекватный выбор точки зрения, не позволяющий в полной мере раскрыть выявленную симметрию!...

        • RiotMakeR

          хорошая попытка бессмысленного смешивания всевозможных несовместимых в принципе терминов ... где нибудь в школе может и прокатит ))))

      • baralgin

        Я Вас научу говорить правильно. После слова "известны" надо ставить запятую.
        Ещё раз Вам говорю. Хватит прогуливать уроки. Русский язык... Грамота.... Ну пригодится...Да , и просто отморозком быть какбе не камильфо.

  3. Kvazar666

    Теперь в любой не понятной ситуации будут выпучивать глаза и орать в голосину "НОВАЯ ФИЗИКА Аахи взздохи"., дебилизм епт, если, что то не клеится значит нужно перекапывать старую и искать, то на что раньше не обратили внимание.

  4. Baksov

    Ничего не нащупали, но подогревают интерес к модернизированному БАК. Пустая сенсация.
    Мне даже немного жаль физиков. А вдруг они действительно откроют фундаментальную частицу и всё познают? Жизнь станет неинтересной и скучной, так как стремиться будет не к чему.

    • ancient

      А она у вас сейчас что-ли интересная и нескучная? Вы и сейчас не к чему не стремитесь.

  5. Spaceman

    Здравствуйте. Мир должен быть бесконечен как внутрь материи,так и наружу,так сказать .По-моему, удовлетворение этого любопытства чрезвычайно прекрасно,прекраснее радостей интимных.

    • Kvazar666

      Бесконечностей не существует в реальном мтре, все либо циклично либо замкнуто.

      • Spaceman

        Я лично не могу этого
        принять.Замкнутости мира

        • Kvazar666

          ОМ, да кого, е-т как говорят в народе, что вы там не принимаете, тот кто хоть немного знаком с естественными науками, понимает, что бесконечность это абсурд, вселенная имеет начало, а значит не минуем и конец, то, что конечно во времени не может быть бесконечным в пространстве. Вселенная это как писочные часы вверху энергия массы внизу энергия вакуума, а между ними-посредник-фотон, который пока живет -"краснеет", тем самым "песок"-энергия постепенно переливается из материи в пространство, вот почему так важно вывести йормулу энергии вакума.

          • ancient

            А можно как нибудь эти пИсочные часы перевернуть? И ли они сами перевернуться?

            • Kvazar666

              Есть предположенте, что время не постоянно не только в пространстве, но и во времени, грубо говоря 1 секунда сейчас не раана 1 секунде 5 миллиардов лет назад, и если с тех пор к пртмеоу время замедлилось в 2 раза, то для гипотетическиз жителей этой эпохи(и чисто гипотетически пользующихся нашей шкалой времени) мы живем не через 5, как они для нас, а через 10 миллиардов лет, и так кпк скорость света инвариантна ко времент, то вселенная может существовать гораздо дольше чем нам может показаться. И так как энергия это функция времени, в котором как и скорость света она постоянная величина, то следствием замедления времени является: увеличенте массы и пространства так как эти величины на ряду с временем являются фундаментальными для вмей физикт, нотут я забег немного наперед. Вообщем смысл в том, что глобальное замедление времени вполне может быть одним тз рычагов исполгения закона сохранения энергии прт расширенти пространства, которое поглощает энергию при расширении и рано или поздно космологическое красное смещение больше не сможет компенсировать это расштрение и тут вприйдет этап, или уже идет, замедления времени с целью сохранения энергии, что рааносильно замедлению расширению в целом.

            • Kvazar666

              Но тут есть есть еще один нюанс при замедлении времени фотоны испущеные в более ранние эпохи будут иапытывать фиолетовое смещение, что противоположно красному смещению от расширения пространства, и со временем первое станет преобладающим, а эыект замедления будет пртнтмать лавинообразный характер, что в конечном итоге тпртведеттк полному коллапсу и остановки времени, а значит и расширению, полная остановка времени и все законы ыизики больше не децствует, наступает глобальная сингулярность, а стнгулярность это то чего было до большого взрыва КОНЕЦ АМИНЬ.

            • Kvazar666

              Где этот редактор волонтер, слышишь?Исправь все ошибкт выше, пока я тут чаек попью! Ану бегом буралгин!

          • baralgin

            У Вас что, приступ словесного поноса? ))))

          • Диванный Эксперт

            кто вам сказал, что у вселенной есть начало?

  6. triodpentod

    что им можно посоветовать, не мыслить некими скачкАми.
    пожалуй это то что может их спасти.)

  7. viktor chibisov

    Все уже поняли, что прачастицы суперактивные. Искать их в ускорителях, разбивая нуклоны или электроны, бесперспективно. Мы получаем кучу осколков, которые тут же соединятся в мегачастицы и моментально распадаются. Да, эти осколки и являются прачастицами, но только в неустойчивом состоянии. Более перспективно пытаться получить прачастицы «естественным путем», облучая вакуум мощным магнитным полем и «надувая» имеющиеся в вакууме виртуальные частицы. В этом случае они сами «отлавливают» свое резонансное устойчивое состояние. Мы называем эти частицы симплами. Резонансных состояний у симплов может быть несколько (5 шт.). Из этого набора можно, как из гирек разного веса, сложить все элементарные частицы и нуклоны. См. ссылку:
    https://cloud.mail.ru/public/FniM/LALJcPuU4

    • botan

      +
      По сути если найти цепочку можно перейти к синтезу с добавлением вездесущего вещества..... в теории (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Kvazar666

      Основной целлю физики на данный момент должно быть не поиск мифических прачастиц и теорий всего, а вывести из уже известных величин простую формулу для энергии вакуума.
      На ряду с энергией фотона-hv и энергией 1кг массы-с^2, должна быть такая же простая, как и две предыдущие, формула для минимальной энергии 1 кубического метра пространства.

    • sidius-dart

      Файл для планщете тяжеловесный. Было бы не плохо хотябы в пдф переконвертировать.

    • sidius-dart

      Не пробовали вашу статью опубликовать? Хотелось бы увидеть мнение физиков на эту статью.

      • Kvazar666

        Лучше не нужно, а то после ,"облучая вакуум мощным магнитным полем" после эттх слов дальше читать не станут.

        • RiotMakeR

          а я бы рассмотрел данное заявление, просто чтобы посмеяться )))

          "облучая вакуум мощным магнитным полем":
          1)облучение предполагает источник излучения и излучаемые частицы
          2) магнитное поле не является источником излучения и не излучает частицы, по факту того, что оно является магнитным ПОЛЕМ
          3) вакуум это условно выбранный объем, в котором отсутствует материя/энергия - пустота, которую в принципе ничем не возможно облучить

          занавес )))

        • sidius-dart

          Ну люди потратили массу сил и времени на теорию которую описывают в статье. Надо же понять о чем идет речь. В статье все стороится на том что вся материя это фотоны. И облучать фотоны материи фотонами магнитного полем , интересно тем что приходим к началу стаьи а точнее к первоначальным постулатам. Кто первичен, фотон из которого создавалась материя и фотон магнитного поля.

          • Kvazar666

            Авторы наверное не слыхали, что такое ТОКАМАК и с чем его едят. Но квантовые эффекты то есть рождение пар частица/античастица теоретически возможно в лкчах сверхмощных рентгеновских и особенно гамма-лазеров, но это все в теории, как и гамма лазер.

            • sidius-dart

              Квазар, посмотри статью. Самое начало. На ограничения наложенные на статью. Поймешь о чем идет речь. они развивают вихрединамику. Все по их мнению состоит из фотонных вихрей. Это хорошая статья для рабоиы мозга. Но с реальностью мало связана. Поосто обычное преположение и все из него вытекающее. Есть масса экспериментов конденсатом , никаких вихрей там нет , а скорее волны. Токомак просто не вписывается в их статью, так как это опыт не с теми целями, которые преследуют авторы статьи.

  8. Spaceman

    Я лично не могу этого принять.Замкнутости мира

  9. Spaceman

    Это основное!Остальное терпимо)))))

  10. Dinosaur

    Как всегда название статьи весьма вольготно описывает содержание. Никто ничего не нащупал. Есть некоторые статистические несоответствия, но ничто даже не приблизительно. Вся статья кричит о том, что нужен новый БАК. Из этого больше, чем уже выудили, получить не смогут. Однако данный БАК строили в сытые годы, когда не было проблем с миллионами беженцев по всей Европе. Сейчас на подобный проект денег никто не даст. Может быть смогут проапгрейдить если там остался запас прочности. На сколько я помню его уже обновляли несколького раз. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.