Ученые ЦЕРН ядерной физики лаборатории близ Женевы расследует была ли странная и неожиданная новая частица в ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере.

Исследователи многоцелевого детектора компактного мюонного соленоида (CMS) этой машины обнаружили странные неровности в своих данных, которые могут быть визитной карточкой неизвестной частицы, которая в два с лишним раза больше массы атома углерода.

Перспектива такой загадочной частицы сбила с толку физиков. На данный момент ни одна из их любимых теорий реальности не включает в себя частицу, хотя многие теоретики сейчас усердно работают над моделями, которые это делают.

«Я бы сказал, что теоретики взволнованы, а экспериментаторы очень скептически настроены», — сказал Александр Никитенко, теоретик команды CMS, работавший над данными. «Как физик, я должен быть очень критически настроен, но как автор этого анализа у меня тоже должен быть некоторый оптимизм».

В четверг старшие ученые лаборатории запланировали беседу, на которой Никитенко и его коллега Йотам Сорек обсудят эту работу. Они опишут, как они обнаружили неровности в данных CMS при поиске свидетельства о более легкой кузине бозона Хиггса, неуловимой частицы, которая была обнаружена на LHC в 2012 году.

Большой адронный коллайдер создает частицы, разбивая субатомные протоны друг на друга со скоростью, близкой к скорости света. Когда протоны встречаются, энергия при столкновении преобразуется в массу, и поэтому частицы, в соответствии с уравнением Эйнштейна, E = mc 2 .

Многие частицы, созданные в LHC, очень нестабильны и немедленно распадаются на более легкие, более стабильные частицы, такие как фотоны и электроны. Именно благодаря поиску избытка этих частиц, который, как представляется, является ударом в данных, физики стремятся найти новые частицы. Например, один из способов, которым бозон Хиггса выдал свое существование, — необычайно большое количество фотонов, зарегистрированных в столкновениях, в которых была создана частица.

Но физика элементарных частиц — нелегкое занятие. К бесконечному разочарованию его практиков, постоянно появляются всплывающие данные, вызванные не более чем статистическими колебаниями. Лучший способ провести различие между этими открытиями и открытиями, получившими Нобелевскую премию, — это анализировать все больше и больше данных: статистические случайности всегда исчезают со временем.

В двух отдельных анализах команда CMS нашла данные, которые указали на накопление мюонов или тяжелых электронов в их детекторе. Если данные реальны, это указывает на новую частицу с массой 28 ГэВ или 1 млрд. Электрон-вольт, что немного меньше четверти массы бозона Хиггса. Что бы это ни было, это не та частица, которую искали Никитенко и его коллеги.

Чтобы еще больше усложнить ситуацию, удары были более выраженными при столкновениях на низких энергиях LHC, чем при более энергичных столкновениях, которые машина выполняла после модернизации. Это можно объяснить, сказал Никитенко, если при более высоких энергиях образуется больше «фоновых» частиц, которые затемняют сигнал.

Поскольку анализ занимает так много времени, команде CMS может потребоваться еще один год, чтобы подтвердить или исключить существование новой частицы. Но Карл Якобс , представитель команды ЦЕРН, работающей над Atlas, другим многоцелевым детектором LHC, сказал, что проверяет свои собственные данные на наличие признаков предполагаемой частицы. «Мы работаем над аналогичным анализом данных Atlas, однако я пока не могу дать вам график, когда результаты станут общедоступными», — сказал он.

По словам Никитенко, для «Атласа» перекрестная проверка результата была «решающей». «Если это подтвердит« Атлас », это будет настоящее. Это будет действительно что-то ужасно новое ».

Одно независимое исследование уже сообщило о потенциальных доказательствах для частицы. Арно Хейстер , бывший член команды CMS, который знал об ударах в данных, проанализировал более ранние результаты, собранные Алефом , детектором на предыдущем ускорителе частиц ЦЕРН, известном как Большой электрон-позитронный коллайдер. Он обнаружил похожий удар при 30 ГэВ. «Это превышение, если оно реально, является чем-то очень неожиданным», — сказал он Guardian.

Георг Вейгляйн , теоретик немецкой электронно- синхротронной машины (DESY), сказал, что будет трудно придумать модель, в которой есть частица, подобная той, которую требует CMS. «Это не исключает возможности того, что такой сигнал действительно может существовать. Напротив, было бы еще более захватывающим, если бы наблюдался сигнал, который, кажется, не вписывается в наши нынешние модели », — сказал он. «Ожидается дальнейшая экспериментальная информация».

Микеланджело Мангано , исследователь из ЦЕРН, сообщил: «Конечно, теоретики всегда счастливы, когда в данных обнаруживается какая-то аномалия. И я уверен, что многие коллеги начали изучать это. Однако пока рано волноваться ».

«Учитывая, что« Атлас »еще не выпустил свой анализ, и учитывая, что на магнитной ленте гораздо больше данных, даже для CMS, ясно, что эффект скоро будет подтвержден или ослаблен», — сказал он.