Ученые ищут новые частицы в «зептоновом» мире: миссия, которую не сможет завершить Большой адронный коллайдер

Современная физика достигла замечательных успехов в изучении мельчайших структур материи. Крупнейший в мире научный аппарат — Большой адронный коллайдер (LHC) — успешно исследует область, граничащую с субатомным миром, достигая разрешения в один зептометр, что составляет одну квадриллионную часть метра. Открытие бозона Хиггса в 2012 году стало кульминацией этого поиска, открывшей двери к новым теориям о темной материи и асимметрии между материей и антиматерией.

Однако с тех пор ожидаемое «взрывное» открытие не произошло. Хотя отдельные результаты продолжали поступать, крупных теорий и новых частиц, сопоставимых с бозоном Хиггса, найдено не было. В недавно опубликованной статье в журнале New Scientist физик частиц Гарри Клифф описывает одну из теорий, объясняющих этот феномен: возможно, многие ожидаемые открытия скрываются в области, которую ученые начинают называть «зептоновым миром».

Тайны зептонов

Зептоновый мир существует на шкале 10^(-21) метра, и хотя LHC способен анализировать частицы до 50 зептометров, согласно теории, разработанной Анджеем Бурасом из Технического университета Мюнхена, многие из этих elusive частиц могут находиться за пределами обнаруживаемости текущих технологий коллайдеров.

Поскольку создание более мощного детектора, как Future Circular Collider (FCC), планируется только к 2070 году, Бурас предложил возможность исследования «зептонов» с использованием косвенных методов. В статьях, опубликованных в Physik Journal и на платформе arXiv, он выделил семь обширных направлений исследования, именуемых «великой семеркой». Все эти направления связаны с экстраординарными распадами частиц, содержащих странные и «низкие» кварки.

Открытия и инновации

Одно из недавних открытий иллюстрирует эти исследования: эксперимент Belle II в Японии зафиксировал распад B-мезона, возникающего из различных кварков, в крайний случай возможного распада, производя при этом мезон кайон и два нейтрино. Но, несмотря на важность этих данных, ограничения эксперимента не позволяют детально анализировать свойства нейтрино.

В этом же контексте стоит отметить еще одно захватывающее открытие: эксперимент NA62 в ЦЕРН зафиксировал распад положительно заряженного кайона в пионы и пару «материя-антиматерия». Ученые считают, что подобный распад происходит менее чем в одном из десяти миллиардов случаев, что делает его критически важным для поиска новых физических явлений. На сегодняшний день эксперимент KOTO в Японии также проводит исследования в этом направлении.

Аналитика и ожидания

«Поиск новых частиц и сил, выходящих за пределы Стандартной модели, имеет решающее значение для объяснения темной материи, широкого спектра масс частиц, от крошечных нейтрино до массивных топ-кварков, а также асимметрии между материей и антиматерией, лежащей в основе нашего существования», — подчеркивает Бурас в публикации в журнале CERN Courier. Перспективы исследования зептоновой области показывают, что косвенные поиски становятся все более актуальными на фоне отсутствия улик в работе LHC.

Таким образом, в условиях существующих ограничений технологий, физики продолжают исследовать «зептоновый мир». Каждый новый распад, зафиксированный в экспериментальных условиях, открывает окно в необъятные горизонты физики, что делает нас свидетелями захватывающего путешествия в неизведанное.