Это связано со Стандартной моделью физики элементарных частиц, которая описывает и предсказывает поведение всех известных частиц и сил, кроме гравитации. Среди них заряженные лептоны: электроны, мюоны и тау.
Фундаментальное предположение Стандартной модели состоит в том, что взаимодействия этих элементарных частиц одинаковы, несмотря на их разные массы и время жизни.
Это лептонная универсальность. Прецизионные тесты, сравнивающие процессы с участием электронов и мюонов, не выявили какого-либо определенного нарушения этого предположения, но недавние исследования тау-лептона с большей массой дали наблюдения, которые бросают вызов теории.
Новый обзор результатов трех экспериментов указывает на высокую вероятность того, что универсальность лептона – и, возможно, в конечном итоге, сама Стандартная модель -, возможно, придется пересмотреть. Выводы группы международных физиков, в том числе научного сотрудника Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Мануэля Франко Севильи, опубликованы в журнале Nature.
«В рамках моей докторской диссертации в Стэнфорде, которая была основана на более ранней работе, выполненной в UCSB профессорами Джеффом Ричманом и Майклом Мазуром, мы увидели первое существенное наблюдение чего-то за пределами Стандартной модели в эксперименте BaBaR, проведенном в Национальном ускорителе SLAC. Лаборатория ", – сказал Франко Севилья. Он добавил, что это было важно, но не окончательно, отметив, что аналогичные результаты были замечены в более поздних экспериментах, проведенных в Японии (Belle) и в Швейцарии (LHCb). По словам Франко Севильи, три эксперимента, взятые вместе, демонстрируют более сильный результат, который бросает вызов универсальности лептонов на уровне четырех стандартных отклонений, что указывает на 99.95-процентная уверенность.
BaBaR, что означает детектор B-Bbar (анти-B), и Belle производились на заводах B. Эти коллайдеры частиц предназначены для производства и обнаружения B-мезонов – нестабильных частиц, образующихся при столкновении мощных пучков частиц, поэтому их свойства и поведение можно измерить с высокой точностью в чистой среде. LHCb (Большой адронный коллайдер b) обеспечил среду с более высокой энергией, в которой легче производились B-мезоны и сотни других частиц, что затрудняло идентификацию.
Тем не менее, три эксперимента, в которых измерялись относительные отношения распадов B-мезонов, показали удивительно похожие результаты.
Скорости некоторых распадов с участием тяжелого лептонного тау по сравнению с распадами легких лептонов – электронов или мюонов – были выше, чем предсказания Стандартной модели.
«Тау-лептон является ключевым, потому что электрон и мюон были хорошо измерены», – объяснил Франко Севилья. "Таусы намного сложнее, потому что они очень быстро разлагаются.
Теперь, когда физики могут лучше изучать тау, мы видим, что, возможно, универсальность лептонов не удовлетворяется, как утверждает Стандартная модель."
Несмотря на то, что результаты интригуют, они не считаются достаточными для установления нарушения универсальности лептонов.
Чтобы опровергнуть эту давно устоявшуюся заповедь физики, потребуется не менее пяти стандартных отклонений. Однако, как отметил Франко Севилья, примечателен тот факт, что во всех трех экспериментах наблюдалась более высокая, чем ожидалось, скорость распада тау при работе в различных средах.
Подтверждение этих результатов укажет на новые частицы или взаимодействия и может иметь серьезные последствия для понимания физики элементарных частиц. «Мы не уверены, что будет означать подтверждение этих результатов в долгосрочной перспективе», – сказал Франко Севилья. "Сначала нам нужно убедиться, что они верны, а затем нам потребуются дополнительные эксперименты, чтобы определить значение."