Неизвестные горизонты физики: исследование «зептуverse» может раскрыть новые тайны материи

В последние годы внимание научного сообщества привлекло значение Большого адронного коллайдера (БАК) в области физики частиц. Хотя этот мощный инструмент подарил нам уникальные открытия, такие как подтверждение существования бозона Хиггса, многие ученые выражают разочарование в связи с отсутствием новых значительных находок. Однако теоретик физики Анджей Бурас из Технического университета Мюнхена утверждает, что разгадка возможных новых частиц может скрываться в том, что он называет «зептуversum» — области, существующей на масштабе зептометра (одна квинтиллионная метра).

БАК способен исследовать частицы вплоть до 50 зептометров, что уже на грани возможностей современной науки. Но Бурас полагает, что существует вероятность, что новая физика может находиться за пределами возможностей БАК, и предостерегает от ожидания, что будущие коллайдеры, такие как Проект будущего кругового коллайдера (FCC), будут решать эти вопросы в ближайшие десятилетия. FCC запланирован на 2070 год, и до этого времени ученые должны исследовать потенциальные находки, используя косвенные методы.

Как указывает Бурас в своей статье для Physik Journal, «можем ли мы достичь зептуversum — то есть разрешения порядка 10-21 м или энергий в 200 ТэВ — за счет физики кварковых флейворов и процессов нарушения флейвора лептонов в этом десятилетии?» Его ответ, по всей видимости, положителен. В недавней статье на arXiv он выделил семь мишеней для исследования, названные им «великолепной семеркой», каждая из которых представляет собой редкие распады частиц, содержащих странные и нижние кварки.

Примером такого распада служит B-мезон — сложная частица, изготавливаемая из различных кварков. В 2023 году эксперимент Belle II в Японии зафиксировал процесс распада B-мезона на каон и два нейтрино. Хотя информация о нейтрино ограничена, такие распады могут указывать на присутствие новых частиц. Данные о распадах каонов показывают, что лишь один на десять миллиардов каонов распадается подобным образом. Анализ таких процессов, как распад положительно заряженного каона в пион и пару материи-антиматерии, осуществляется в эксперименте NA62 на CERN. Такой анализ критически важен для понимания стандартной модели и поиска отклонений от нее, что, в свою очередь, может помочь разгадать природные загадки, такие как темная материя и асимметрия между материей и анти-материей.

По словам Бураса, «поиск новых частиц и взаимодействий за пределами стандартной модели — это необходимость, продиктованная потребностью объяснить темную материю, широкий диапазон масс частиц от крошечных нейтрино до массивного верхнего кварка, а также асимметрию между материей и антиматерией, на которую мы можем намекать.»

В нынешних условиях, когда возможности БАК приближаются к своим пределам, учёные обязаны использовать каждую возможность для получения данных об этих редких распадах и обходных методов, чтобы приблизиться к разгадке тайны «зептуversum». Применение теоретических моделей и реальных экспериментов, таких как KOTO в Японии, даст возможность раскрыть новые горизонты в понимании сложной структуры материи и изучении тайн Вселенной.