Пробив в ЦЕРН! Физици откриха следи от разпад, който се случва веднъж на 10 милиарда

След повече от 40 години търсене физици от Европейската организация за ядрени изследвания (ЦЕРН) постигнаха сериозен пробив в изучаването на елементарните частици. Учените откриха експериментални доказателства за изключително рядък разпад, който се случва приблизително веднъж на 10 милиарда случая. Резултатът е получен с помощта на Големия адронен колайдер и беше представен на 3 ноември от международния екип на експеримента LHCb.

В центъра на изследването е частица, известна като B⁰-мезон, която съдържа т.нар. красив кварк и антикварк от типа down. При определени условия тя се разпада на две други частици: мюон и антимюон. Подобен процес е толкова рядък, че дори съвременните ускорители трябва да регистрират огромен брой сблъсъци, за да открият неговите следи.

Търсенето на този разпад започва още през 80-те години на миналия век. През 2015 г. учените съобщават за първоначални признаци, но последващите измервания не успяват да ги потвърдят достатъчно убедително.

Сега ситуацията е различна. След модернизацията на експеримента LHCb скоростта на събиране на данни е увеличена пет пъти в сравнение с предходните години. Новите детектори и алгоритмите за машинно обучение позволяват на изследователите да отсеят сигналите от редките процеси сред огромното количество информация от сблъсъците на протони.

Анализът на данните от 2024 и 2025 г. достига статистическа значимост от 3 сигма. След комбинирането им с измерванията от периода 2011–2018 г. тя нараства до 3,2 сигма. Това преминава общоприетия праг за експериментални доказателства, но все още не покрива изискването от 5 сигма, необходимо за обявяване на окончателно откритие.

„Физиците преследват този разпад повече от четиридесет години“, обяснява Марко Сантимария, един от ръководителите на международния изследователски екип от 19 специалисти. По думите му е необходима изключителна прецизност, за да бъдат разграничени мюоните от останалите частици, възникващи при сблъсъците.

Защо резултатът е толкова важен? Съвременната физика описва елементарните частици и взаимодействията между тях чрез Стандартния модел. Въпреки успехите си той все още не дава пълно обяснение за същността на тъмната материя и за причините във Вселената да има значително повече материя, отколкото антиматерия.

Изключително редките разпади са подходящ начин да се търсят следи от неизвестни частици. Ако честотата на подобен процес се различава от теоретичните изчисления, това би насочило учените към физични явления, които Стандартният модел не описва.

Засега измерените стойности съответстват на съществуващата теория. Това означава, че експериментът не е доказал съществуването на нова частица или неизвестна сила. Той обаче значително подобрява способността на учените да проверяват подобни хипотези.

Екипът на LHCb е направил и най-прецизните досега измервания на друг рядък процес, при който Bs-мезон се разпада на двойка мюони. Получените резултати също са в съответствие с предвижданията на Стандартния модел.

Следващата цел е достигането на статистическа значимост от 5 сигма. Допълнителни данни ще бъдат събрани след бъдещите подобрения на Големия адронен колайдер. Очаква се ускорителят с висока светимост HiLumi LHC да започне работа през 2030 г., а следващата модернизация на LHCb в средата на следващото десетилетие да увеличи допълнително чувствителността на експеримента.

Ако резултатът бъде окончателно потвърден, учените ще разполагат с един от най-прецизните инструменти за изследване на процеси, които протичат на границата на възможностите на съвременната експериментална физика.