Колаборація LHCb, що працює на Великому адронному колайдері (LHC) у CERN, оголосила про отримання експериментальних доказів надзвичайно рідкісного розпаду частинки. Це явище, яке фізики намагалися зафіксувати понад 40 років, відкриває шлях до дослідження так званого «зептосвіту» — масштабу реальності, що значно менший за розміри атома.
Об’єктом дослідження став нейтральний B-мезон, що складається з «beauty-кварка» та «down-антикварка». Згідно з прогнозами Стандартної моделі, цей тип мезона розпадається на мюон та антимюон лише в одному з 10 мільярдів випадків. Така ймовірність значно нижча, ніж шанси на виграш у лотерею, що пояснює, чому це відкриття вимагало десятиліть зусиль.
Для фіксації цього процесу вчені використали оновлений детектор LHCb, який пройшов модернізацію у 2024 році. Оновлення дозволило значно пришвидшити збір даних, а застосування алгоритмів машинного навчання допомогло виокремити слабкий сигнал розпаду серед величезного «шуму» інших процесів, що відбуваються під час зіткнень протонів.
Наразі дослідники повідомляють про рівень статистичної значущості у 3,2 сигма. Це означає, що ймовірність того, що результат є випадковою помилкою, становить близько 0,3%. Хоча це вагомий доказ, для підтвердження відкриття за «золотим стандартом» фізики частинок необхідно досягти показника у 5 сигма. Поточні дані базуються на спостереженнях, проведених у 2024–2025 роках, у поєднанні з архівами за 2011–2018 роки.
«Бачити чіткі докази цього рідкісного розпаду вперше було захопливо. Ми зараз стукаємо у двері зептосвіту. Я не можу дочекатися, щоб побачити, що ми знайдемо, досліджуючи його глибше», — зазначив Гаррі Кліфф, фізик із Кембридзького університету та керівник аналітичної групи.
Ніладрі Саху з Бірмінгемського університету, який координує робочу групу LHCb з вивчення рідкісних розпадів, підкреслив, що це дослідження є потужним тестом для Стандартної моделі та вікном у «нову фізику». Марко Сантімарія, співкерівник міжнародної команди, додав, що для виділення мюонів із фону знадобилася надзвичайна точність.
Термін «зептосвіт» стосується масштабу, де відстані вимірюються в зептометрах (одна секстильйонна частина метра). Для порівняння, атом приблизно в 100 000 мільярдів разів більший за зептометр. Дослідження цих масштабів може допомогти вченим зрозуміти, що відбувалося в перші миті після Великого вибуху, а також дати підказки щодо природи темної матерії.
Подальші кроки передбачають продовження досліджень із використанням майбутніх оновлень колайдера, запланованих на 2030-ті роки. Вони мають збільшити кількість зіткнень на порядок, що дозволить накопичити достатньо даних для досягнення 5-сигма та остаточного підтвердження цього явища.
Джерела: sciencealert.com, wired.com
