Новая физика, описывающая неизвестные в настоящее время элементарные частицы и взаимодействия между ними за рамками Стандартной модели, возможно, находится за пределами доступных в обозримой перспективе человечеству энергий, считает заместитель директора Института ядерной физики им.Г.И.Будкера СО РАН (ИЯФ, Новосибирск) Иван Логашенко.
"Есть вероятность, что во всей доступной нам области энергии, ограниченной примерно 1 тыс. тераэлектрон-вольт (ТэВ), Стандартная модель работает. Сейчас эксперименты проводятся и планируются в диапазоне от 1 до 10 ТэВ. Когда-нибудь человечество сделает коллайдер на 100 ТэВ и за счет прецизионных, очень точных измерений мы заглянем на уровень энергий еще на порядок выше", - сказал ученый "Интерфаксу".
О том, что происходит на более высоких энергиях, можно узнать из астрофизических наблюдений, из космологии, но нельзя будет поставить лабораторный эксперимент и выбрать, например, из конкурирующих теорий, одинаково хорошо объясняющих астрофизические данные.
При этом, заметил Логашенко, в сообществе физиков сложился консенсус, что существующих в Стандартной модели частиц недостаточно, чтобы объяснить явления, которые мы наблюдаем во Вселенной: гравитационное притяжение невидимой (темной) материи, ускоренное расширение Вселенной (объясняемое наличием темной энергии), доминирование материи над антиматерией.
"Это означает, что Новая физика существует. Теоретических моделей, описывающих возможные варианты Новой физики, существует огромное множество, проблема в том, как найти из них ту, которая соответствует природе", - сказал замдиректора ИЯФ.
Он отметил, что перспективный коллайдер Европейского центра по ядерным исследованиям (FCC, Future Circular Collider - Будущий Кольцевой Коллайдер) на первом этапе будет работать на энергии в диапазоне до 350 ГэВ и позволит провести очень точные измерения свойств бозона Хиггса (частицы, которая наделяет массой все вещество), и самой тяжелой известной частицы, t-кварка, которые должны быть чувствительными к возможным проявлениям Новой физики.
"А на втором этапе планируется, что FCC достигнет энергии 100 ТэВ и мы сможем напрямую заглянуть на недоступный на сегодня уровень энергии. Коллайдеры с похожими возможностями проектируются и в Китае (проекты CEPC и SPPC)", - рассказал ученый.
Тем не менее, есть вероятность, что и на более низких энергиях, на коллайдерах класса спроектированной в Новосибирске "Супер с-тау фабрики" можно будет обнаружить проявления Новой физики, за счет огромной производительности установки и высокой точности измерений, считает Логашенко.
Например, на них планируется искать такие нарушения СР-симметрии (комбинированной четности, предполагающей неизменность законов физики при замене частиц на античастицы и одновременной замены их на зеркальное отражение), которые будут больше, чем предсказывает Стандартная модель. Если они будут найдены, отметил ученый, может быть прояснена проблема преобладания вещества над антивеществом в наблюдаемой Вселенной.
В целом же, по словам Логашенко, новых частиц, согласно современным моделям, подтверждаемым измерениями на Большом адронном коллайдере и сверхточными экспериментами, в том числе измерением аномального магнитного момента мюона (элементарной частицы, в 207 раз более тяжелой, чем электрон, и поэтому очень чувствительной к воздействию каких-либо неизвестных частиц), нет до энергий масштаба от 1 до 5 ТэВ.
В современной Вселенной, уточнил Логашенко, большинства частиц, предсказываемых Новой физикой, скорее всего, нет, они распались, но могли возникать на самых ранних, сверхэнергичных стадиях зарождения Вселенной и менять динамику ее развития.
Как сообщалось, ранее в ИЯФ на коллайдере ВЭПП-2000 с помощью детектора КМД-3 с высокой точностью была измерена вероятность рождения при аннигиляции электронов и позитронов пар отрицательных и положительных пи-мезонов - легких частиц, отвечающих за взаимодействие протонов и нейтронов в атомном ядре. Это дало возможность измерить вклад ядерного (сильного) взаимодействия в магнитные свойства мюона.
Всего в ходе эксперимента, продолжавшегося с 2011 по 2023 годы, было получено более 34 млн пар отрицательных и положительных пи-мезонов, 3,7 млн пар отрицательных и положительных мюонов, 44 млн пар электронов и позитронов.
В итоге выяснилось, что новые экспериментальные данные хорошо согласуются со Стандартной моделью на данном уровне точности. В дальнейшем планируется провести новые эксперименты уже с большей точностью.
Коллайдер ВЭПП-2000, в котором сталкиваются и аннигилируют пучки электронов и позитронов, работает в области энергий от 0.36 до 2 ГэВ.