Результаты физического эксперимента не вписались в модель мироздания

Международная команда крупной физической коллаборации СDF, работающая в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми министерства энергетики США (Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory), опубликовала на сайте электронных препринтов результаты эксперимента, которые пока что не получается объяснить в рамках общепринятых физических представлений.

Коллаборация CDF работает на крупнейшем из действующих ныне ускорителей – Тэватроне. В нем пучки протонов сталкиваются с пучками антипротонов с энергией порядка 1 ТэВ (тераэлектронвольт, 10¹² эВ). На таких столкновениях команда CDF уже совершала весьма значительные открытия (например, в 2006 году им удалось открыть барионы Σ+b и Σ-b, состоящие из трех кварков -- u-u-b и d-d-b).

Эксперимент

На сей раз в эксперименте исследовались рождения мюонов в протон-антипротонных столкновениях. Рождение частиц регистрировал детектор CDFII, «охватывающий» вакуумную трубку с радиусом 1,5 сантиметра, по которой проходил пучок частиц.

[v1]

Протон-антипротонные столкновения образовывали мезоны, содержащие b- и u-кварки, которые через одну пикосекунду распадались с образованием  в мюона. За это время частица проходила около миллиметра от оси столкновения. Мюоны могут образовываться и при распаде рождающихся Z-бозонов. Но экспериментаторы выбрали такой диапазон энергий, при котором эти частицы не образуются.

И вот здесь наблюдалась очень странная картина: среди зарегистрированных событий нашлось несколько тысяч, в которых хотя бы один мюон рождался на расстоянии 1-2 сантиметра от линии встречного движения протонов и антипротонов. То есть некоторые мюоны рождались уже в детекторе. Статистической ошибкой это быть не может, говорят авторы: слишком много аномальных событий зарегистрировано.

[v2]

Раздумья

Конечно, возможный вариант объяснения – дефект или конструктивная особенность самого детектора. Но коллаборация CDF известна своей осторожностью с публикацией «сенсационных» материалов. Поэтому перед обнародованием результатов сначала исключились все «технические» версии. То, что статья вышла, означает: никто из 450 участников эксперимента не нашел в работе установки никаких огрехов. Поэтому экспериментаторы выдвигают еще одно объяснение: в столкновениях образуется некая новая частица, которая живет на порядок дольше. Соответственно, и путь ее до распада – на порядок больше. Правда, современная, наиболее используемая физиками модель мироздания (часто именуемая Стандартной моделью) такой частицы не знает.

Есть и еще одна странность. Достаточно часто такие аномальные мюоны рождались не в одиночку, а по несколько. Получается своего рода лептонный джет или лептонная струя (мюон относится к лептонам). А вот лептонных струй при распаде частиц Стандартная модель не знает вообще.

В одном физическом блоге найденную частицу уже назвали «Halloween particle» -- хеллоуинской частицей. Наверное, такое название за ней и закрепится, если открытие все-таки будет подтверждено. В любом случае, делать какие-то выводы рано. Коллаборация CDF продолжит накапливать свою статистику. Кроме того, очень важно проверить работу их детектора на «эксперименте-близнеце» коллаборации DZero или D0, которая работает с другим детектором на том же Тэватроне. В любом случае, до начала работы Большого адронного коллайдера физикам-экспериментаторам, как и теоретикам, есть что обсудить.

Пикантные подробности

Впрочем, есть у этой истории и некая скандальная составляющая. За три недели до появления статьи CDF на том же архиве препринтов вышла статья физиков Аркани-Хэймда и Вейнера (N. Arkani-Hamed, N. Weiner) «LHC Signals for a SuperUnified Theory of Dark Matter», в которой они предлагают новую модель темной материи. И она как раз предсказывает такие лептонные струи.

В физическом блоге Not Even Wrong автор новости о работе физиков из CDF тоже поразился выходу всего три недели назад теоретической статьи двух авторов, предсказывающих результат коллаборации.

Разумеется, статья о мюонных струях, плод многомесячного труда и последующего обсуждения сотен человек, готовилась долго. И о том, что она готовится, знали многие. Так вот, этот самый блогер-физик простым поиском в Google сумел найти несколько рабочих документов CDF с результатами эксперимента и их обсуждением. То есть, полагает автор, Аркани-Хэймд и Вейнер могли просто «подогнать» свою модель под результаты CDF и таким образом «предсказать» их. Разумеется, Вейнер сразу же выступил в том же блоге с заявлением, что они вообще о результатах работы CDF узнали только из этого самого блога, и только после этого прочли статью коллег.

Открытие российских СМИ

Зато любопытно проследить за тем, как это событие освещалось в рунете. Вообще о препринте коллаборации российские научные журналисты узнали из блога астрофизика из ГАИШ к. ф.-м. н. Сергея Попова. Затем физик Игорь Иванов из Института математики им. С. Л. Соболева СО РАН кратко прокомментировал новость в своем блоге, откуда она и пошла по новостным агентствам.

Некоторые СМИ передали суть событий довольно точно, но по мере путешествия по просторам интернета информация претерпела значительные изменения – в основном по месту проведения экспериментов. Кто знает, что такое Тэватрон? Это нерейтингово. Зато Тэватрон – коллайдер, а это слово уже знают. Поэтому, например, некая Анна Процевская из информационного агентства «Пресс-Лайн», переписав слово в слово статью Игоря Иванова (ведь для того чтобы пересказать текст своими словами, надо его понять) добавила от себя слова: «в Большом аНдронном коллайдере».

А вот авторам Yoki.ru на их цитату из статьи в рубрике «Креаtiфф» («Тэватрон на сегодня является коллайдером с самой высокой энергией частиц. Это почетное звание отберет у него лишь Большой Адронный Коллайдер, после починки и запуска, пишет arxiv.org») хочется просто сказать: arхiv.org вообще ничего не пишет. Он вообще не новостное издание. Это библиотека (недаром этот сайт -- проект библиотеки Корнелльского университета), архив препринтов – место, куда ученые (в основном физики и астрономы) выкладывают электронные версии своих статей до «бумажной» публикации. Своего рода доска, где можно заявить о своем приоритете в том или ином открытии. Вот такой вот «креатифф» получается.

Ну а последней"отличилась" "Комсомолка". Они уже впрямую пишут, что если CDF открыла новую частицу - то это сенсация уже потому, что, дескать, все частицы, окромя бозона Хиггса, уже пооткрывали (странно, почему тогда не шумели по поводу вышеописанного их открытия 2006 года). Кроме того, очевидно "услышав звон" от статьи о новой модели темной материи, автор заметки уже утверждает, что на Тэватроне таки эту самую темную материю "увидели".

Ну и в заключение решили этим народ запугать: "Нынешнее аномальное явления (орфография сохранена - Infox.ru) уже возродило страхи  по поводу грядущих запусков БАКа - более мощной установки. Снова возникли вопросы: чего ждать от нее? И можно ли все-таки доверять физикам, которые божатся, что эксперименты не породят ничего сверхъестественного и опасного для Земли? Уже породили…"

Придется уважаемого Владимира Лаговского разочаровать - скорее всего, частицы темной энергии и так вокруг нас - и никакой опасности для нас они не представляют.

Тем не менее, само событие наверняка заслуживает пристального внимания ученых. Поэтому Infox.ru следит за развитием ситуации.