Измерение массы одной из частиц пошатнуло современную физическую картину мира
Все во Вселенной состоит из элементарных частиц, создается и проявляется в результате их движения и взаимодействия. Разнообразие поведения и взаимодействия частиц рождается из их характеристик: заряда, массы, энергии и пр. Таким образом, понимание того, что происходит на квантовом уровне, дает самое глубокое и фундаментальное понимание устройства мира.
Современная картина квантового мира называется Стандартная модель физики элементарных частиц. Некоторые ученые называют ее, «вероятно, лучшей научной теорией в истории человечества». Очень многие аспекты Стандартной модели, разработанные вначале теоретически, нашли свое подтверждение в научных экспериментах. Однако в этом пазле по-прежнему не хватает некоторых деталей. Например, ученые пока не могут достоверно вписать в Стандартную модель явление гравитации (над этим много лет бились и продолжают это делать лучшие физики-теоретики, включая Стивена Хокинга). Нет в ней пока места и для темной материи, которая составляет примерно 86% Вселенной. Еще одну проблему подкинуло недавнее исследование американских физиков, анализировавших данные с коллайдера Тэватрон (штат Иллинойс, США).
Выяснилось, что одна из частиц, W-бозон, существенно тяжелее, чем должно было быть, согласно Стандартной модели. Научная статья вышла в журнале Science. Кратко об открытии, которое уже сейчас, через день после публикации, повлекло многочисленные научные споры, сообщает служба новостей издания.
Итак, ученые обнаружили, что масса W-бозона составляет 80 443,5 мегаэлектронвольт. Это в 86 раз больше, чем у протона. Для сравнения, кванты света, фотоны, в видимом диапазоне имеют массу около 1 электронвольта, а бозон Хиггса — больше 125 гигаэлектронвольт.
W-бозон несет так называемое слабое взаимодействие, отвечающее за разные виды распада и превращения друг в друга элементарных частиц. Если он действительно настолько тяжелее, чем предсказывает научная теория, то либо в Стандартной модели есть еще один огромный изъян, рискующий пошатнуть все достаточно стройное здание, либо расчеты авторов нового исследования были проведены неверно.
«Стандартная модель может делать фантастически точные прогнозы. Но если эти прогнозы окажутся неверными, модель нельзя будет просто подправить. Это похоже на карточный домик, если вы слишком сильно потянете за одну его часть, все рухнет», — приводит ScienceAlert со ссылкой на «Франс-Пресс» слова физика из Кембриджского университета Гарри Клиффа.
При этом более ранние измерения массы W-бозона в целом согласовывались со стандартной моделью.
«Мы уверены в методах, которые использовали. Вполне возможно, в природе есть что-то новое, чего не охватывает Стандартная модель», — говорит Ашутош Котвал, физик из Университета Дьюка, возглавляющий команду, более 10 лет работавшую над новыми расчетами.
Ученые заявили, что они определили массу W-бозона с точностью до 0,01%, что в два раза точнее предыдущих исследований. Они сравнили это с измерением веса 350-килограммовой гориллы с точностью до 40 граммов.
«Если вы собираетесь объявить что-то настолько серьезное, как нарушение Стандартной модели физики, чтобы убедить людей, вам потребуется более одного измерения и одного эксперимента», — сказал Клифф.
