На Большом адронном коллайдере обнаружили следы распада частицы, которую искали 42 года
Физики Европейской организации ядерных исследований (CERN) получили первые убедительные свидетельства крайне редкого превращения элементарной частицы, поиски которого продолжались более четырёх десятилетий. Необычный процесс удалось заметить благодаря экспериментам на Большом адронном коллайдере — крупнейшем ускорителе частиц в мире.
О результатах исследования сообщила международная научная коллаборация LHCb. Учёные изучили данные столкновений протонов, полученные в 2024–2025 годах, и обнаружили признаки распада нейтрального B-мезона на две более лёгкие частицы — мюон и антимюон.
Почему это событие так важно? Дело в том, что подобное превращение происходит чрезвычайно редко — приблизительно один раз на 10 миллиардов распадов. Поэтому обнаружить его среди огромного количества других процессов крайне сложно.
B-мезон — нестабильная частица, которая существует всего около полутора триллионных долей секунды. После этого она распадается на другие частицы. В большинстве случаев происходят более распространённые превращения, но иногда результатом становятся два мюона с противоположными электрическими зарядами.
Мюоны похожи на электроны, однако примерно в 207 раз тяжелее. Их появление позволяет физикам распознать интересующий процесс и проверить, насколько реальные события соответствуют существующим представлениям об устройстве материи.
Поиски этого распада ведутся с 1984 года. Предыдущие эксперименты давали отдельные намёки на его существование, однако полученных данных не хватало для убедительного подтверждения.
Существенно продвинуться вперёд исследователям помогла модернизация детектора LHCb. Обновлённая установка способна собирать информацию примерно в пять раз быстрее, чем раньше, и точнее фиксировать траектории частиц.
Важную роль играет специальный кремниевый детектор, расположенный всего в пяти миллиметрах от пучков протонов. Он позволяет определять, где именно возникают частицы и в каких точках они распадаются. Дополнительно учёные использовали алгоритмы машинного обучения, чтобы отделить редкие интересующие события от многочисленных фоновых процессов.
В результате анализа новых и ранее собранных данных исследователи получили статистическую значимость 3,2 сигма. Это означает, что обнаруженный сигнал уже достаточно убедителен, чтобы говорить о свидетельствах существования такого распада. Однако полноценным открытием в физике элементарных частиц результат пока не считается: для этого необходимо достичь уровня 5 сигма.
Интерес к этому процессу связан не только с подтверждением предсказаний современной физики. Изучение крайне редких распадов может помочь обнаружить влияние частиц, которые пока неизвестны науке.
Даже если такие частицы слишком тяжёлые, чтобы их можно было непосредственно создать в ускорителе, они могут незаметно влиять на поведение других объектов. Это воздействие способно проявляться в небольших отклонениях от ожидаемой частоты распадов.
Пока полученные результаты соответствуют предсказаниям Стандартной модели — главной теории, описывающей известные элементарные частицы и их взаимодействия. Признаков существования новых частиц учёные пока не обнаружили.
Тем не менее исследование открывает дополнительные возможности для проверки фундаментальных законов природы. В ближайшие годы специалисты LHCb продолжат собирать данные, чтобы повысить точность измерений и окончательно разобраться в особенностях редкого распада.
Следующий крупный этап модернизации Большого адронного коллайдера запланирован на 2030 год. Ожидается, что обновлённая установка позволит исследовать ещё больше столкновений и приблизит учёных к пониманию самых загадочных процессов, происходящих на уровне элементарных частиц.
Таким образом, после 42 лет поисков физики получили важную зацепку. До официального подтверждения открытия ещё предстоит пройти определённый путь, но обнаруженный сигнал уже стал значительным шагом в изучении фундаментального устройства материи.
