Китайские физики приступили к эксперименту MACE, цель которого — регистрация превращения мюония в антимюоний. Мюоний — экзотическая короткоживущая система, напоминающая атом водорода, но с положительно заряженным мюоном вместо протона и вращающимся вокруг электроном.
Антимюоний — аналог из антиматерии. Стандартная модель запрещает самопроизвольное превращение мюония в антимюоний. Вот почему, утверждают ученые, фиксация такого перехода станет прямым доказательством существования новой физики.
Последний наиболее точный эксперимент (в Институте Пауля Шеррера в Швейцарии), подтвердивший запрет перехода «мюоний — антимюоний», датируется 1999 годом. В КНР намерены повысить чувствительность поиска в 100 раз, чтобы регистрировать превращения с вероятностью до 10⁻¹³. Оборудование, технологии и методы в эксперименте позволят изучать фундаментальные взаимодействия при энергиях, недостижимых даже для коллайдеров будущего, — 100 ТэВ. «Мы не просто готовим эксперимент, мы открываем новое окно в законы природы, — самонадеянно заявляют авторы. — Каждый компонент MACE, от линии пучка до программного обеспечения, оптимизирован для исследования физики, которая может переопределить наше понимание материи, симметрии и самой Вселенной».
Неуловимая стерильность
Две крупные коллаборации в физике частиц — KATRIN (Германия) и MicroBooNE (США) — независимо друг от друга пришли к выводу, что стерильного нейтрино, скорее всего, не существует. Во всяком случае, за многие годы KATRIN и MicroBooNE эти гипотетические частицы не обнаружили.
Стерильное нейтрино ввели в оборот для объяснения некоторых аномалий в нейтринных осцилляциях (к слову, сами осцилляции в 1957 году предсказал советский физик Бруно Понтекорво), которые не укладываются в предсказания Стандартной модели. В отличие от трех известных — электронного, мюонного и тау-нейтрино — стерильное не участвует в слабом ядерном взаимодействии, поэтому его чрезвычайно трудно зарегистрировать напрямую.
Эксперимент KATRIN, стартовавший в 2016 году в Технологическом институте Карлсруэ, изначально ставил задачей сверхточное измерение массы электронного антинейтрино путем исследования спектра электронов, испускаемых в результате бета-распада трития. По мнению ученых, если бы стерильные нейтрино существовали, они иногда замещали бы обычные в этом распаде, что исказило бы форму спектра. Однако анализ данных по более чем 36 млн электронов не выявил отклонений, которые указывают на существование гипотетических частиц.
Физики, работающие в эксперименте MicroBooNE в Национальной ускорительной лаборатории Ферми, подошли к проблеме с другой стороны. Они изучали поведение пучков мюонных нейтрино и их превращение в электронные. Участие стерильных нейтрино в этих осцилляциях повлияло бы на количество регистрируемых электронных нейтрино. Но анализ показал отсутствие отклонений от прогнозируемых результатов. Более того, эксперимент не подтвердил сами аномалии, наблюдавшиеся ранее, и таким образом исключил ряд интерпретаций, в том числе сценарий с присутствием стерильных нейтрино.
Так или иначе, оба эксперимента существенно сужают область поисков новой физики. И хотя они исключают стерильные нейтрино как объяснение ряда ранее наблюдавшихся аномалий, полная картина пока не ясна. Как отмечают физики, отрицательный результат тоже важен: он заставляет искать другие объяснения аномалиям, и если за ними действительно стоит новая физика, то она должна быть иной природы.
Физики коллаборации CMS, работающей на Большом адронном коллайдере (БАК), впервые измерили фундаментальные квантовые свойства трех полностью очарованных тетракварков. Это экзотические частицы из двух очарованных кварков и двух очарованных антикварков. Изучение их структуры позволяет лучше понять природу сильного ядерного взаимодействия, которое отвечает за связь кварков внутри протонов, нейтронов и других адронов, а также удерживает протоны и нейтроны внутри атомного ядра.
До недавнего времени все известные адроны укладывались в простую схему: мезоны (два кварка) и барионы (три кварка). Обнаружение многочастичных состояний поставило вопрос о том, как именно кварки могут группироваться при сильном взаимодействии. Существуют две основные теоретические модели. Согласно одной, кварки в тетракварке очень сильно связаны и образуют единый компактный объект. Согласно другой, тетракварк представляет собой скорее «молекулу» из двух двухкварковых мезонов, которые связаны друг с другом относительно слабо.
Расчеты показали, что полный момент импульса всех трех тетракварков, скорее всего, равен двум, а четность и зарядовое сопряжение положительны. Такой набор квантовых чисел гораздо лучше согласуется с моделью компактного, сильносвязанного тетракварка, чем с моделью слабосвязанной «молекулы» из двух мезонов. Но ученые призывают к осторожности в интерпретации: чтобы полностью исключить альтернативные модели, недостаточно статистики.
Ну и раз уж заговорили о Большом адронном коллайдере, не могу не упомянуть еще одну новость — прямо скажем, сенсационную, хотя к науке имеющую опосредованное отношение. Дело в том, что БАК теперь не только крупнейшая экспериментальная установка, но и большая адронная котельная. Самый известный в мире ускоритель частиц получил следующее важное задание — обогрев тысяч домов в новом районе французского города Ферне-Вольтер. С середины января на ускорителе внедрена система теплообмена, которая отводит тепло от системы охлаждения и направляет его в сеть централизованного теплоснабжения Ферне-Вольтера.
