Физики из проекта ATLAS проследили за формированием тяжелых "собратьев" электронов – таонов и мюонов, – и не нашли различий в их поведении, которые указывали бы на существование "новой физики". Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature Physics.
"Мы провели самые точные измерения такого рода, показав, что поведение таонов и мюонов совпадает на 99,2%. Этот результат полностью соответствует предсказаниям Стандартной модели и указывает на то, что результаты аналогичных измерений на коллайдере LEP, которые указали на наличие "новой физики", были следствием случайных флуктуаций", – пишут исследователи.
Как объясняют ученые, речь идет о нарушениях так называемой универсальности лептонных взаимодействий. Это один из ключевых принципов Стандартной модели – теории, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных сейчас науке элементарных частиц. Этот принцип гласит, что все виды лептонов – электроны, мюоны и таоны – должны взаимодействовать с окружающим миром одинаково, с поправкой на различия в их массе.
На рубеже веков физики CERN, которые работали с коллайдером LEP, обнаружили намеки на то, что это правило может нарушаться во время распада топ-кварков, самых тяжелых субатомных частиц. По результатам их экспериментов получалось, что таоны возникали в ходе подобных реакций на 6–7% чаще, чем мюоны, что совсем не соответствует предсказаниям Стандартной модели. Относительно недавно нечто похожее обнаружили исследователи, которые работали с установкой LHCb в составе Большого адронного коллайдера (БАК) во время наблюдений за распадами B-мезонов – экзотических частиц, которые состоят из двух кварков.
Участники ATLAS присоединились к подобным поискам в апреле 2015 года, когда Большой адронный коллайдер вышел из своего первого большого "отпуска" и начал работать на удвоенной энергии столкновений. На протяжении следующих трех лет физики наблюдали за распадами топ-кварков и тем, как часто в результате образовывались мюоны и таоны.
Большой объем накопленной статистики позволил ученым резко повысить точность этих измерений и показать, что на самом деле и мюоны, и таоны возникают в ходе подобных распадов примерно с одной и той же частотой, с незначительным перевесом в сторону более легких частиц.
Это, как отмечают исследователи, полностью соответствует предсказаниям Стандартной модели и ставит под сомнение то, что нарушения универсальности лептонных взаимодействий существуют на самом деле. Скорее всего, намеки на это появились из-за недостаточно большого объема данных, собранных в ходе прошлых опытов на БАК и LEP.
Физики надеются, что анализ новых данных, которые собрали LHCb и другими проекты БАК во время второго цикла его работы, поможет им проверить эти выводы и окончательно закрыть возможность существования "новой физики" в этой части мира субатомных частиц.