Международная группа физиков, в которую вошли ученые из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», впервые в истории смогла зафиксировать на детекторе ATLAS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе рождение Z-бозона с двумя ассоциированными фотонами с последующим распадом бозона в электроны, мюоны или нейтрино.
Фиксация этого очень редкого физического процесса, предсказанного теорией в 60-е годы ХХ века, стала ещё одним доказательством Стандартной модели, рассказал один из участников эксперимента на детекторе ATLAS инженер кафедры физики элементарных частиц МИФИ Димитрий Краснопевцев.
«Исследование таких редких процессов, как рождение Z-бозона с ассоциированными фотонами, является важным инструментом проверки теории с высочайшей точностью. На настоящий момент нашей группой не было обнаружено никаких отклонений от теоретически предсказанных значений, то есть, другими словами, мы ещё раз подтвердили Стандартную модель»
- пояснил он.
Ученые исследовали процесс рождения Z-бозона с одним и двумя ассоциированным фотонами, что потребовало измерений с беспрецедентной точностью как вероятности процесса, так и кинематических параметров регистрируемых частиц.
«Повышение точности является важным моментом проверки предсказания Стандартной модели. В нашем исследовании мы в том числе ставим ограничения на экзотические теории, которые могли бы косвенно проявлять себя в изучаемом процессе. Процедуру установления таких пределов можно простыми словами описать так:
"Если бы здесь что-то было, мы бы это увидели", но пока все совпадет со Стандартной моделью, и мы можем только установить предел, за который мы еще не смогли заглянуть»,
- сообщил исследователь.
Рис.2 рождение Z бозона с двумя фотонами с последующим распадом Z в мюоны
Рис.3: рождение Z бозона с двумя фотонами с последующим распадом Z в нейтрино
Так называемые промежуточные бозоны W± и Z были обнаружены в ЦЕРНе в 1983 году. W- и Z-бозоны должны были рождаться в столкновениях протонов с антипротонами при энергиях столкновения в 540 ГэВ. Так как время жизни промежуточных бозонов всего 3.10^–25 с, то зафиксировать их рождение можно лишь по продуктам распада.
В 1982 году ученым в 30 дневном сеансе в 1 миллиард соударений протон-антипротон удалось зафиксировать лишь 6 W-бозонов. В следующих экспериментальных сеансах (1983 г.) были найдены уже несколько десятков событий рождения и распада W-бозонов. Кроме того, были обнаружены первые 13 случаев рождения и распада Z-бозонов. За это достижение К. Руббиа и С. Ван дер Меер получили в 1984 году Нобелевскую премию по физике.
Стандартная модель (СМ) - это общая теория, описывающая известные человечеству взаимодействия и частицы. Одной из важнейших задач современной физики является экспериментальная проверка ее достоверности. На настоящий момент ученым не удалось обнаружить отклонений от предсказаний этой теории, но некоторые измерения содержат большую ошибку, а некоторые настолько редки, что, возможно, еще не было возможности обнаружить какие-то явления, в том числе, вне рамок СМ.
В МИФИ отмечают, что возможность изучения процессов трехбозонного рождения (Z-бозона и двух фотонов) является важным указанием на то, что энергия и накопленная светимость на Большом адронном коллайдере позволяют ученым приступить к исследованию самых редких процессов и самым точным измерениям предсказаний Стандартной модели.
В работе принимали участие ученые из НИЯУ МИФИ, Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США, Университета Дьюка США и Южного методистского университета США.