Зіткнення позитронів і електронів у новосибірському колайдері дозволяють побачити «Нову фізику».
Основна теорія фізики елементарних частинок, знаменита Стандартна модель, прекрасно описує більшість відомих процесів, проте існує ряд ситуацій, де вона працює не досить добре. До них відноситься, зокрема, взаємодія адронів в області низьких енергій - нижче 2-3 гігаелектронвольт (ГЕВ).
Теорія сильної взаємодії (квантова хромодинаміка) не годиться для пояснення процесів, що відбуваються при таких низьких енергіях і з легкими кварками. Тут потрібні інші теоретичні підходи, що потребують різних експериментальних даних, зокрема, що стосуються реакцій з освітою адронів. У цьому діапазоні енергій можливе існування ще не виявлених частинок, наприклад, глюболів і резонансів, а також нових цікавих фізичних ефектів.
Фізики з Новосибірського державного університету та Інституту ядерної фізики Сибірського відділення (СО) РАН, досліджували утворення адронів при аннігіляції електрону і позитрона на енергії 1,5-2 ГЕВ. Фотон, що з'являється в результаті, породжує систему частинок, в якій зрештою виникають і адрони.
У даному випадку фізики розглядали освіту в кінцевому стані пари заряджених кайонів і піонів. В експерименті використовували колайдер на зустрічних електрон-позитронних пучках ВЭПП-2000, що знаходиться в Інституті ядерної фізики імені Г.І. Будкера СО РАН. Коллайдер працює на енергіях від 300 до 2000 МеВ. Частинки, народжені в результаті аннігіляції, реєструвалися універсальним кріогенним магнітним детектором КМД-3, роботи на якому почалися в 2010 році.
У результаті вдалося вирішити важливе завдання - виділити чистий кінцевий стан практично без перешкод, що дозволило детально вивчити динаміку народження частинок, визначити, які проміжні частинки домінують, і з високою точністю виміряти так звані перетини процесів, що визначають ймовірність взаємодії частинок. (Нагадаємо, що вимірювання січів залишається основним методом вивчення подій, що відбуваються у світі елементарних частинок.)
Автори роботи досліджували понад 24 тисяч випадків електрон-позитронної анігіляції, а надалі планують збільшити їх кількість щонайменше в 10 разів, чого для цього процесу ще ніхто не робив. Отримані дані узгоджуються з результатами вимірювань, проведених раніше на детекторі BaBar (Стенфордська лабораторія, США), але мають більш високу точність.
Зазначимо, що нові результати досить важливі для обчислення значення аномального магнітного моменту мюона - відхилення величини магнітного моменту елементарної частинки від значення, передбачуваного рівнянням, що описує її поведінку. Розбіжність теоретичного та експериментального значень цієї величини - один з найбільш характерних прикладів «Нової фізики», тобто явищ, які не описуються Стандартною моделлю.
Наявна технологія дозволяє спостерігати кілька десятків різних процесів, що виникають в результаті анігіляції електрона і позитрона при енергіях до 2 ГЕВ (можуть утворитися два піони, або два каони і піон, або два нейтрони і т. д.), і надалі дослідники планують виміряти перетин для кожного процесу.
Для довідки.
Адрони - частинки, що беруть участь у сильній взаємодії, які складаються з кварків і антикварків, «склеєних» переносниками сильної взаємодії - глюонами.
Каони і піони (К- і Пі-мезони) - різновид адронів, що складається з одного кварка і одного антикварка
Глюбол - гіпотетична елементарна частинка з очікуваною масою від 1 до 2 ГЕВ, що складається з глюонів одного кольору
За матеріалами Новосибірського державного університету