В фундаментальной физике назревает перелом: найден намёк на силы, о которых учебники пока молчат

В данных эксперимента увидели намёк на неизвестные частицы — исследователи

Один из самых загадочных вопросов современной физики — почему во Вселенной доминирует материя, а не антиматерия — получил новое интерпретационное объяснение благодаря исследованию учёных Курчатовского института. Анализируя точные данные о распаде нейтрона, они обнаружили статистически значимое расхождение с предсказаниями Стандартной модели. Такое отклонение может свидетельствовать о существовании неизвестных частиц и новых взаимодействий. Об этом сообщает Наука Mail.

Новые данные о распаде нейтрона и их значение для физики

Команда исследователей под руководством члена-корреспондента РАН Анатолия Сереброва изучила результаты прецизионных экспериментов, связанных с распадом нейтрона. Полученные данные продемонстрировали отклонение на уровне 3,7 сигма — величину, считающуюся достаточно значимой, чтобы указать на возможную новую физику. Для фундаментальной науки такой уровень расхождения является редкостью, поскольку большинство экспериментальных данных хорошо согласуются со Стандартной моделью, описывающей взаимодействия между элементарными частицами.

Однако наблюдаемое несоответствие открывает возможность существования дополнительного механизма, который влияет на распад нейтрона. Эксперименты были выполнены в Петербургском институте ядерной физики, входящем в структуру Курчатовского института. Применение современных методик позволило физикам более точно измерить параметры распада и сравнить их с теоретическими предсказаниями.

Исследователи считают, что именно здесь может скрываться ключ к разгадке асимметрии между материей и антиматерией, возникавшей в первые моменты существования Вселенной. Если найденный эффект будет подтверждён, это позволит расширить пространственную структуру слабого взаимодействия и дополнить Стандартную модель.

Лево-правая модель слабого взаимодействия как возможный ответ

Одним из наиболее перспективных объяснений полученных данных учёные называют лево-правую модель слабого взаимодействия. Она предполагает существование дополнительного векторного бозона, который, в отличие от известного W-бозона, взаимодействует с частицами по "правому" каналу. Теоретически этот бозон должен обладать массой около 300 ГэВ, что делает его довольно тяжёлым по сравнению с другими частицами, рассматриваемыми в физике элементарных взаимодействий.

Главная проблема заключается в том, что эффект от его присутствия сильно подавляется малым углом смешивания с обычным, "левым" бозоном. Фактически сигнал уменьшается примерно в сто раз. Именно поэтому крупные ускорители, включая современные коллайдеры, не смогли обнаружить такую частицу: её проявления оказывались слишком слабыми для регистрации.

Тем не менее π-распад нейтрона остаётся одним из немногих процессов, в которых следы существования правого бозона могут быть зафиксированы. Отдельные параметры распада чувствительны к его влиянию, и потому наблюдаемое расхождение может быть косвенной подсказкой о новом типе взаимодействия.

Почему реакторные эксперименты дают больше возможностей

Ученые подчёркивают, что реакторные установки позволяют проводить эксперименты в условиях, где ограничения для регистрации слабых сигналов значительно ниже. Благодаря этому вероятность обнаружить правый бозон заметно возрастает. Если удастся повысить точность измерения всех трёх ключевых асимметрий в распаде нейтрона примерно в три раза, то можно будет окончательно проверить предложенную гипотезу.

Такой прогресс станет возможен на новой экспериментальной установке "Бета-распад нейтрона", разрабатываемой в рамках приборной программы реактора ПИК. Она позволит проводить измерения с невиданной ранее точностью, что делает её одним из наиболее перспективных проектов в области физики нейтронов.

Дополнительным элементом лево-правой симметрии является гипотеза о существовании стерильного нейтрино — частицы, которая практически не взаимодействует с обычной материей. Для её проверки планируется отдельный нейтринный эксперимент на реакторе СМ-3. Комбинирование данных двух установок даст возможность установить, связаны ли наблюдаемые эффекты с фундаментальными свойствами Вселенной.

Как результаты могут повлиять на объяснение барионной асимметрии

Проблема преобладания материи над антиматерией остаётся одной из главных нерешённых задач физики. Согласно современным моделям, в момент рождения Вселенной материя и антиматерия должны были возникнуть в равных количествах. Однако в результате процессов, до конца не изученных, материя стала доминировать, а антиматерия практически исчезла.

Если существование правого бозона и стерильного нейтрино подтвердится, это даст новый взгляд на механизмы, происходившие в ранней Вселенной. Оба элемента модели могут играть ключевую роль в нарушении симметрии между физическими процессами, связанными с материей и антиматерией. Таким образом, новое исследование может стать шагом к объяснению одного из важнейших вопросов космологии.