Зіткнення високоенергетичних електронів та їх античастинок допоможуть розширити і уточнити Стандартну модель.
Фізики створили Стандартну модель в 70-ті роки, і на сьогоднішній день це найуспішніша модель, що описує елементарні частинки і всі можливі взаємодії між ними. За допомогою Стандартної моделі передбачили t-кварк (так само відомого як істинний), тау-нейтрино і бозон Хіґґса, існування яких потім підтвердили експериментально. Водночас ця модель не є повною. Наприклад, вона не включає гравітацію і не пояснює, чому матерія переважає над антиматерією.
Фізики не припиняють своїх пошуків того, що вони звуть «новою фізикою»: відхилень від передбачень Стандартної моделі, які могли б служити підказками для побудови більш повної і правильної теорії. Зазвичай у таких експериментах два пучки частинок з величезною енергією стикаються один з одним у спеціальній камері. Місце зіткнення оточене різними детекторами, які відстежують енергію, напрямок, масу і заряд цілого феєрверку з частинок, який утворюється при зіткненні. Величезна кількість частинок, які живуть крихітні частки секунди, розпадаються далі на більш стабільні частинки. Всі ці процеси регулюються законами збереження, тому, знаючи послідовність розпаду, можна відновити проміжні частинки.
Дані з детекторів проходять через так звану систему тригерів, яка попередньо сортує події на цікаві і не дуже, після чого вони надходять в систему зберігання інформації. Ціла армія дослідників ретельно аналізує результати спостереження відповідно до відомих сценаріїв розпадів частинок. Будь-який новий сигнал допомагає вибрати найбільш ймовірні поправки Стандартної Моделі. Але такі розпади, які вказують на «нову фізику», повинні мати істотну статистичну вагу - тільки тоді фізики можуть говорити про відкриття. Тому на збір і обробку даних можуть піти роки.
Детектор LHCb, який стоїть на колайдері LHC в європейській організації ядерних досліджень CERN, побачив несподівано високу кількість розпадів, у тому числі перетворення деяких В-мезонів в електрони і в їх більш важких «родичів» - в мюони і тау. Кожне з таких спостережень окремо може бути всього лише статистичною флуктуацією, але взяті всі разом вони вказують на якесь явище, і тому викликають особливий інтерес. Взаємодії, в яких беруть участь В-мезони, дозволяють сподіватися на «нову фізику», оскільки до їх складу входить b-кварк (або принадний кварк). Властивості його такі, що він часто виявляється залучений в процеси з порушенням CP-чітності (інваріантності) - саме вони повинні пояснити переважання матерії над антиматерією в нашому Всесвіті.
У лютому прискорювач Японської Організації з вивчення Високоенергетичних Прискорювачів (КЕК) в Цукубі почне підготовчу шестимісячну серію зіткнень частинок. Глобальна мета цього експерименту - дослідити розпади В-мезонів з більш високою точністю, ніж LHCb. Зіткнення частинок на прискорювачі Belle II будуть «чистішими» і точніше, ніж на LHCb. Різниця в тому, що в LHCb стикаються протони, що складаються з трьох фундаментальних частинок (кварків), а Belle II буде стикати електрони і позитрони, тобто фундаментальні частинки, які не можуть розпадатися на складові частини. Так само тут збираються досліджувати розпади частинок за участю таємничих нейтрино і фотонів, які складніше спостерігати за допомогою LHCb. Фізики сподіваються вивчити і нещодавно відкриті екзотичні частинки, що складаються з чотирьох або п'яти кварків, відомі як тетра- і пентакварки. Також Belle II буде намагатися «зловити» заряджені аналоги бозона Хіггса і аксіони - гіпотетичні частинки, з яких складається темна матерія, і які слабо взаємодіють зі «звичайною» матерією.
Коллайдер, на якому встановлено експеримент Belle II, буде стискати частинки в щільний пучок діаметром близько 50 нанометрів. Завдяки цьому зіткнення будуть відбуватися в 40 разів частіше, ніж на попередньому прискорювачі КЕК. Тим не менш, Belle II доведеться спочатку наздогнати LHCb, чий прискорювач виробляє більше В-мезонів і знаходиться в строю з 2009 року. З початку наступного року кількість зіткнень в Belle II почне повільно зростати, і за рік має накопичитися достатньо даних, щоб почати змагатися з LHCb. Експеримент LHCb у травні закриють майже до кінця року, до глобального листопадового апгрейду, але до закриття LHCb повинен «побачити» достатньо зіткнень, щоб або виключити потенційний сигнал, або підвищити його в статусі до відкриття.
Фізики, які будують Belle II, звичайно ж, сподіваються наздогнати і перегнати LHCb. Гонка за відкриттям зведеться до того, які з розпадів виявляться більш «інформативними». Але навіть якщо LHCb встигне швидше зібрати дані, щоб заявити про сигнал з достатньою статистичною вагою, експеримент Belle II обов'язково повинен підтвердити це спостереження. Відмінність я в двох експериментах дозволить розібратися, що саме стоїть за кожною новою взаємодією, і повністю виключити можливість експериментальної помилки.
За матеріалами Nature.