Фундаментально, Хиггс!

К каким открытиям могут привести ученых возбужденные барионы, как отличить интересные столкновения протонов на БАКе от ничем не примечательных и сколько заплатит Европа за сооружение нового коллайдера в Сибири? Ответы на эти и другие интригующие вопросы — ​в очередном обзоре достижений ученых в области физики элементарных частиц.

Возбужденные барионы

Коллаборация ЦЕРНа LHCb объявила об открытии двух новых возбужденных состояний прелестного бариона. Ранее их существование предсказывалось теорией, но их никогда не наблюдали экспериментально. Полученные данные позволят уточнить кварковую модель и понять, из каких именно частиц возникают составные частицы — ​адроны.

Кварковая модель — ​часть Стандартной модели. Она довольно хорошо проработана на фундаментальном уровне, говорит научный сотрудник Национального центра научных исследований (CNRS) Франции, руководитель группы идентификации частиц LHCb Антон Полуэктов. «Мы знаем, какие существуют кварки, каким математическим законам они подчиняются, но, к сожалению, нет математического аппарата, который бы позволил вывести все богатство частиц, состоящих из кварков, — ​их массы, время жизни, разнообразные вероятности распадов. Мы вынуждены применять различные приближенные методы для предсказания таких частиц, и часто результаты противоречат друг другу. Наблюдательных же данных значительно меньше, чем теоретических предсказаний. Поэтому каждое новое экспериментальное наблюдение нового состояния — ​это большое событие», — ​отмечает ученый.

Найди отличие

Физикам станет легче отличать друг от друга похожие события, происходящие в ускорителях, благодаря новой метрике, разработанной американскими физиками Патриком Комиске, Эриком Методиевым и Джесси Талером. Каждую секунду в Большом адронном коллайдере сталкиваются десятки миллионов протонов, во многих столкновениях на доли секунды рождаются интересные короткоживущие частицы — ​например топ-кварки и бозоны Хиггса. Но они быстро рассыпаются ливнем легких частиц. По параметрам этого ливня изучают свойства короткоживущих частиц. Самое сложное — ​отличить интересные события от столкновений, при которых ничего интригующего не произошло.

Новая метрика определяет расстояние между событиями с одинаковым числом конечных частиц, а потому позволяет легко их различать. Разработчики надеются, что их метод поможет создать новые, более эффективные классификаторы частиц и облегчит анализ огромных потоков экспериментальных данных, которые генерирует Большой адронный коллайдер.

Грант на фабрику

Проект электрон-позитронного коллайдера «Супер С-тау фабрика» Института ядерной физики им. Будкера СО РАН получит грант в рамках программы CREMLINplus — ​2 млн евро. Финансирование начнется в 2020 году. CREMLINplus — ​это продолжение программы CREMLIN (Connecting Russian and European Measures for Large-scale Research Infrastructures), целью которой является развитие и укрепление сотрудничества российских и европейских ученых.

«Помимо увеличения финансирования наш проект расширяется по составу участников, — ​говорит заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе, доктор физико-математических наук Евгений Левичев. — ​Теперь вместе с нами над проектом электрон-позитронного коллайдера будут работать не только коллеги из ЦЕРНа, но и еще несколько международных лабораторий. Финансирует это участие Европа». Речь идет о четырех лабораториях Национального института ядерной физики Италии (LNF, INFN Bari, INFN Lecce, INFN Ferrara), научной группе Гисенского университета им. Юстуса Либиха (Германия) и Лаборатории линейных ускорителей (LAL, Франция).

Основная цель экспериментов на «Супер С-тау фабрике» — ​изучение частиц, содержащих очарованные кварки и тау-лептоны, поиск новых физических эффектов, не описанных Стандартной моделью.

А был ли мальчик?

Новый эксперимент британских физиков из Ноттингемского университета и Имперского колледжа Лондона поставил под сомнение существование темной энергии. Эту таинственную силу открыли в 1998 году, когда обнаружилось, что скорость расширения Вселенной нарастает. «Почему так? Да это все пятая фундаментальная сила — ​темная энергия!» — ​решили ученые.

Целью опыта, проведенного учеными в Великобритании, было доказать или опровергнуть предположение о том, что темная энергия меньше проявляется в области концентрации материи и больше — ​там, где материи мало, например в вакуумном космическом пространстве. Физики взяли металлический шар размером с теннисный мяч и единичный атом, поместили их в вакуумную камеру и стали наблюдать. Если бы темная энергия существовала, то атом отклонился бы от шара. Но этого не произошло.

«Этот эксперимент, связывающий атомную физику и космологию, позволил нам исключить обширный класс моделей, предлагавшихся для объяснения природы темной энергии», — сообщил ведущий автор исследования Эдмунд Коупленд. Однако результаты эксперимента не позволяют точно сказать, что темная энергия не существует: ​возможно, это просто означает, что она прячется в другом месте, говорит ученый.

Магнитный рекорд

Ученые из Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми в США создали магниты с рекордным магнитным полем — ​14,1 Тл. Это поле сильнее, чем у магнитов в Большом адронном коллайдере. Физики сделали еще один шаг к созданию коллайдера нового поколения, который сможет разгонять частицы быстрее, чем БАК.

Электромагниты сделали из сплава ниобия и олова. Конструктивно они представляют собой проволоку, смотанную особым образом, в которую подается ток, благодаря чему и образуется магнитное поле.

Предыдущий рекорд магнитного поля был поставлен в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли и составлял 13,8 Тл. Это было 11 лет назад. Ученые из лаборатории им. Ферми уже начинают работу над созданием магнита в 15 Тл.

Взвесили бозон

С момента обнаружения бозона Хиггса в 2012 году ученые занимаются изучением свойств, характеристик и поведения этой частицы. Коллаборации ЦЕРНа ATLAS и CMS недавно провели самые точные измерения массы бозона.

Когда бозон Хиггса был обнаружен, ученые получили приблизительное значение его массы — ​125–126 Гэв/с2. Теперь ученые проанализировали данные, собранные на Большом адронном коллайдере с 2011 по 2016 год, и измерили массу с точностью до 0,1 %. Она составляет 125,35 Гэв/с2.

Уточнение значения массы бозона Хиггса, может, и не приведет к революции в области физики. Тем не менее оно позволит улучшить точность измерений других параметров этой частицы.