На грани открытий: Ученые ищут следы «зептоуниверсум» для объяснения тёмной материи и асимметрии материи и антиматерии
Современная наука достигла впечатляющих высот в исследовании невидимых явлений. Один из ключевых инструментов, помогающих разгадать тайны микромира, — Большой адронный коллайдер (БАК). Это уникальное устройство позволяет изучать субатомные частицы на масштабах, достигающих одной квинтиллионной доли метра, и стало ареной для множества открытий, среди которых особенно выделяется подтверждение существования бозона Хиггса в 2012 году. Однако, несмотря на изначальные ожидания, последующие годы не принесли столь же значительных открытий в области физики частиц.
Согласно статье в журнале New Scientist, написанной физиком-частичником Гарри Клиффом, одной из причин, по которой последующие эксперименты не обнаружили ожидаемых явлений, может быть существование «зептоуниверсум» — области на масштабе 10^-21 метра. БАК способен анализировать частицы лишь до 50 зептометров, и, как утверждает Анджей Бурас, теоретический физик из Технического университета Мюнхена, многие потенциальные открытия могут находиться за пределами возможностей доступных технологии.
Бурас считает, что данный фронтир новой физики можно исследовать и косвенно, без ожидания постройки нового коллайдера, проектирование которого может занять несколько десятилетий. Его исследование, опубликованное в 2020 году, подняло важный вопрос: возможно ли достигнуть зептоуниверсум, исследуя физику кварков и нарушения лептонных количеств уже сейчас, не дожидаясь новых коллайдеров, запланированных на конец столетия?
В новой работе, размещенной на платформе arXiv, Бурас выделил семь мишеней для дальнейших исследований, которые он назвал «великолепной семеркой». Все они связаны с крайне редкими распадами частиц, содержащих странные и нижние кварки. По словам Клиффа, эти распады являются «эхом зептоуниверсума». Некоторые эксперименты уже нацелены на их обнаружение. Например, команда Belle II в Японии зафиксировала редкие распады B-мезонов в 2023 году, приводя к образованию каона и двух нейтрино. Однако, стоит отметить, что информация о нейтрино была ограничена из-за несовершенства эксперимента.
Также, в сентябре 2024 года, эксперимент NA62 в CERN регистрировал распад положительно заряженного каона на пионы и пару частица-антиматерия. Предполагается, что таких распадов случается менее одного на десять миллиардов. Важно отметить, что данное взаимодействие чувствительно к отклонениям от Стандартной модели, и оно выявлено как одна из основных мишеней для поиска новой физики. В данный момент эксперимент KOTO в Японии продолжает поиск второго подтверждения данного распада.
Как утверждает Бурас в журнале CERN Courier, «поиск новых частиц и сил за пределами Стандартной модели получает мощную поддержку от необходимости объяснить темную материю, широкий спектр масс частиц от легких нейтрино до массивного топ-кварка, а также асимметрию между материей и антиматерией, которая отвечает за наше существование». Прямые поиски на БАК пока не принесли новых улик о природе этих новых частиц и сил, что делает косвенные поиски всё более значимыми.
Возможность проникновения в неизвестные области зептоуниверсума только начинает открываться, и до запуска коллайдеров следующего поколения именно эти крайне редкие распады являются нашими единственными окнами в исследование новых физики. Эти научные исследования могут не только изменить наше понимание Вселенной, но и привести к революции в физике, открыв новые горизонты для человечества.
