|
Поиск скрытых частиц и связей с темной материей
|
|
|
|
Исследователь из Мельбурнского университета наложил самые строгие ограничения на некоторые редкие случаи распада субатомных частиц, сузив поле для поиска новых "скрытых" частиц. В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, доктор Дэниел Маркантонио проанализировал данные эксперимента Belle для поиска "слабо взаимодействующих частиц" (FIPs) — широкого класса гипотетических частиц, которые крайне редко взаимодействуют с обычной материей.
|
|
|
|
ФИПы предсказываются многими теориями, которые расширяют наше современное понимание физики элементарных частиц, и некоторые из них могут служить кандидатами на роль темной материи или посредниками между обычной материей и гипотетическим "темным сектором".
|
|
|
|
В анализе использовались данные эксперимента по физике элементарных частиц Belle в лаборатории KEK в Японии, в ходе которого электроны сталкивались с их аналогами из антивещества, позитронами. Энергия столкновения была настроена на образование большого количества B—мезонов - тяжелых нестабильных частиц, содержащих донный кварк. В-мезоны представляют особый интерес, поскольку их распады могут быть чувствительны к воздействию новых, еще не открытых частиц.
|
|
|
|
В ходе анализа Маркантонио искал невидимую новую частицу, образующуюся при распаде B-мезона, в сопровождении известной частицы, такой как пион, каон, протон или более тяжелый мезон. Было изучено пять различных каналов распада, три из которых ранее никогда не исследовались.
|
|
|
|
|
|
|
Почему нулевой результат имеет значение
|
|
|
|
Маркантонио сказал, что ни в одном из пяти каналов распада не было обнаружено признаков появления новых частиц, но в физике элементарных частиц отсутствие чего—либо может быть столь же ценным, как и его обнаружение.
|
|
|
|
Логика работает методом исключения: если бы новая частица существовала и достаточно сильно взаимодействовала с обычной материей, это проявилось бы в виде характерного всплеска в данных. Поскольку такого всплеска не наблюдалось, анализ может установить верхние пределы частоты таких распадов.
|
|
|
|
Чем сильнее взаимодействие, тем больше затуханий можно ожидать, поэтому отсутствие сигнала исключает взаимодействия выше определенной интенсивности. На сегодняшний день это самые жесткие ограничения для всех пяти каналов.
|
|
|
|
Эти ограничения на скорость распада могут быть преобразованы в ограничения на силу взаимодействия между известными частицами и различными предполагаемыми новыми частицами, включая аксионоподобные частицы и темные скаляры. Это не исключает эти частицы полностью (они все еще могут существовать при более слабых взаимодействиях), но сужает диапазон возможностей, которые необходимо изучить в будущих экспериментах.
|
|
Как проводился поиск
|
|
|
|
Поиск стал возможен благодаря огромному набору данных Belle, состоящему из 711 обратных фемтобарнов данных об электрон-позитронных столкновениях, содержащих более 770 миллионов пар B-мезонов. В анализе использовался метод, называемый "B-мечение", при котором один B-мезон в каждом случае полностью реконструируется, что позволяет жестко ограничить свойства распада другого B-мезона.
|
|
|
|
"Поскольку это первый поиск нескольких из этих каналов распада, я надеюсь, что это послужит стимулом для дальнейшего изучения еще большего количества вариаций этих распадов, как на Belle II, так и в других экспериментах".
|
|
|
|
Полученные результаты также помогают понять, почему во Вселенной содержится гораздо больше вещества, чем антивещества. Один из изученных каналов распада, включающий протон в конечном состоянии, может ограничивать теоретический механизм, называемый "B-мезогенез", при котором распад B-мезона в ранней Вселенной мог привести к перемещению антивещества в темный сектор, помогая объяснить вселенную, в которой преобладает материя, которую мы наблюдаем сегодня.
|
|
|
|
Анализ исключает этот механизм для ряда масс гипотетической частицы из темного сектора, о которой идет речь.
|
|
|
|
Маркантонио считает, что полученные результаты помогут сфокусировать будущие исследования в области физики за пределами стандартной модели.
|
|
|
|
"Эти результаты применимы к большему количеству теоретических моделей, чем мы смогли охватить в статье, и я надеюсь, что более широкое сообщество будет использовать их для ограничения еще большего числа сценариев, чем мы рассматривали".
|
|
|
|
Источник
|
