Искать новую физику

Новую физику полезно искать во всех процессах — ведь неизвестно, где она может впервые проявить себя. Перспективы для такого поиска остаются самые широкие, особенно когда Большой адронный коллайдер заработает на повышенной энергии. Однако при сравнении теории с экспериментом нужно не кидаться на экзотические объяснения, а вначале убедиться, что всё правильно учтено в рамках Стандартной модели.

В поисках отклонений от Стандартной модели физики методично проверяют одну за другой различные комбинации частиц, которые рождаются на коллайдерах. Стандартная модель — замкнутая теория, и если она что-то предсказывает, то отступаться от своих предсказаний она уже не будет. Правда, для процессов на адронных коллайдерах всегда остается некоторая неопределенность предсказаний, связанная с тем, что адроны трудно расcчитывать теоретически. Тем не менее, если в эксперименте найдется хоть какое-то существенное отклонение от предсказаний Стандартной модели и если будет доказано, что на адронные неопределенности это не спишешь, это станет долгожданным открытием Новой физики.

Некоторое время назад, когда эксперименты на LHC велись еще на энергии 7 ТэВ, две главных коллаборации, ATLAS и CMS, измерили, среди прочего, и сечение рождения двух W-бозонов. В обоих экспериментах оно более-менее сходилось с предсказаниями Стандартной модели, превышая их лишь на несущественную величину. Затем в январе 2013 года коллаборация CMS обнародовала первые данные того же процесса на энергии 8 ТэВ. Там тоже обнаружилось некоторое превышение, примерно на 2 стандартных отклонения, но большой шумихи это не вызвало. Однако отдельные теоретики начали высказывать подкрепленные расчетами предположения, что это небольшое отклонение может оказаться первой ласточкой Новой физики, например суперсимметрии.

На прошедшей в июле ключевой конференции года по физике элементарных частиц ICHEP-2014 были, среди прочего, представлены и новые данные по этому же процессу. Коллаборация ATLAS показала результаты измерения сечения, полученные на основе всей статистики, набранной к настоящему времени. И их результат подтверждает отклонение, правда на таком же уровне статистической значимости в 2σ.

Конечно, это расхождение пока не слишком впечатляет — для настоящего открытия нового эффекта оно должно составлять хотя бы 5σ. Однако настораживает то, что оба детектора, несмотря на разницу в устройстве и независимый анализ данных, видят схожее отклонение. Может быть, этот эффект реален? И если да, на что он указывает?

Как водится, это сообщение сразу же побудило некоторые теоретические группы предложить модель Новой физики, которая как раз объясняет это отклонение. Но одновременно с этими работами появилась и другая статья теоретиков, которая спускает физиков с небес на землю. В ней было показано, что это отклонение столь же легко объясняется и правильным учетом процессов с участием адронов. Подробные вычисления, проведенные авторами этой статьи, доказывают, что моделирование адронных процессов, которое входило в теоретические предсказания, оказалось недостаточно корректным. Уточненные расчеты уже прекрасно сходятся с данными. Для проверки правильности этих заявлений теперь потребуется сравнить предсказания с данными на энергии 13–14 ТэВ.

Отсюда можно извлечь полезный урок. Тот факт, что оба детектора увидели какое-то одинаковое отклонение, еще не является дополнительным фактором, подтверждающим обнаружение нового эффекта. Оба детектора могут зависеть от какого-то общего, не вполне корректного, предположения — это тот самый дополнительный источник неопределенности, про который мы говорили на странице Погрешность теории и моделирования.

Ну а что касается парного рождения W-бозонов, то тут сейчас начинается новая глава исследований. Пару месяцев назад та же коллаборация ATLAS сообщила о первой регистрации процесса рождения W⁺W⁺- или W^–W^–-пар (то есть W-бозонов одинакового заряда) вместе с двумя адронными струями. Такая реакция в Стандартной модели происходит очень редко, это вообще один из самых редких процессов, зарегистрированных на LHC. Пока что результаты более-менее сходятся с предсказаниями Стандартной модели, однако из-за больших погрешностей тут остается пространство для новых сюрпризов. Теоретики уже приступили к обсуждению этих данных.

Игорь Иванов

Источник Элементы

Tags: LHC, БАК, бозон Хиггса, космология, фотон