Scienty

Фото: img.freepik.com

Сотрудники НИУ ВШЭ приняли участие в международной научной группе, которая собрала и проанализировала данные из множества экспериментов, посвященных превращениям нестабильных частиц – чарм-мезонов – в античастицы и обратно. Результаты показали, что подобные превращения происходят примерно четырежды на тысячу распадов и полностью соответствуют прогнозам Стандартной модели. Таким образом, пока не обнаружено признаков новой физики в этих процессах, а если и существуют неизвестные частицы, то они обладают слишком большой массой, чтобы быть зафиксированными современными установками. Работа опубликована в журнале Physical Review D.

Сразу после Большого взрыва материя и антиматерия, предположительно, образовались в равных пропорциях, и при абсолютной симметрии должны были взаимно аннигилировать. Однако Вселенная не исчезла, а в основном состоит из вещества, что указывает на нарушение этого первоначального равновесия. Причины такого дисбаланса остаются невыясненными. Стандартная модель физики частиц, описывающая характеристики элементарных составляющих и подтверждаемая множеством экспериментов, не дает объяснения судьбе антивещества. В попытках найти ответы физики изучают слабое взаимодействие, посредством которого частицы способны превращаться в античастицы и обратно. Эти процессы особенно восприимчивы к отклонениям от симметрии и, следовательно, полезны для проверки пределов Стандартной модели.

Международная группа UTfit, объединяющая исследователей из факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ, осуществила наиболее всесторонний на текущий момент анализ данных процессов. В него были включены сведения из десятков экспериментов, включая свежие результаты детектора LHCb на Большом адронном коллайдере и японского Belle II, которые регистрируют редкие распады частиц в различных условиях. Исследователи уделили внимание очарованным мезонам – нестабильным частицам, способным самопроизвольно переходить в свои античастицы и обратно, что делает их полезным инструментом для выявления незначительных расхождений между материей и антиматерией. Обнаружение малейшего отличия в таких превращениях могло бы свидетельствовать о существовании ранее неизвестных частиц или взаимодействий в природе. Для анализа данных применялся байесовский подход с использованием марковских цепей, что позволило учесть статистические и систематические погрешности и объединить результаты различных экспериментов в согласованную модель.

Анализ продемонстрировал, что превращение мезонов в античастицы случается нечасто – лишь около четырех раз на тысячу распадов, а расхождение в скоростях распадов частиц и античастиц составляет приблизительно шесть на тысячу. Полученные данные полностью согласуются с прогнозами Стандартной модели. Обнаруженное CP-нарушение, то есть различие между материей и антиматерией, недостаточно велико, чтобы объяснить отсутствие антивещества в космосе.

Даже при отсутствии отклонений, подобные исследования позволяют более точно определить пределы применимости Стандартной модели и оценить параметры потенциально новой физики. Полученные данные свидетельствуют о том, что в случае существования новых частиц, они должны обладать значительной массой, что делает их воздействие практически неощутимым с учетом существующей точности измерений. Иными словами, проявление этих эффектов возможно только при энергиях, превышающих возможности современных ускорителей.

«Чем больше масса гипотетической частицы, тем меньше ее влияние на процессы, которые можно наблюдать при текущих уровнях энергии. Анализ данных, полученных в результате проведения множества экспериментов, показал, что все результаты соответствуют предсказаниям Стандартной модели. Это указывает на то, что, если и существует новая физика, то ее составляющие настолько массивны, что их воздействие на эти процессы практически незаметно. Для выявления даже незначительных отклонений необходимо продолжать сбор статистических данных и совершенствовать методы измерений», — пояснил Денис Деркач, руководитель Научно-учебной лаборатории методов анализа больших данных Института искусственного интеллекта и цифровых наук Высшей школы экономики.

Исследование проводилось при содействии Программы фундаментальных исследований, осуществляемой НИУ ВШЭ.

Информация предоставлена пресс-службой НИУ ВШЭ