Необъяснимую двойственность нашли в физике элементарных частиц: к чему это приведет

В теоретической физике элементарных частиц обнаружили новую и удивительную двойственность. Авторы исследования отмечают, что она приведет к открытию «новой физики». «Хайтек» рассказывает подробности о новом исследовании.

Ученые обнаружили двойственность между двумя типами процессов рассеяния при столкновениях протонов в Большом адронном коллайдере в ЦЕРН. Новое открытие указывает на то, что в сложных деталях Стандартной модели физики элементарных частиц есть не до конца изученные процессы. 

Двойственность в физике

Понятие двойственности встречается в разных областях физики. Наиболее известный пример — корпускулярно-волновой дуализм в квантовой механике. Знаменитый двухщелевой эксперимент Томаса Юнга показал, что свет ведет себя как волна, а Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию за то, что показал — свет ведет себя как частица.

Странно то, что свет на самом деле является и тем, и другим одновременно. Есть просто два способа взглянуть на него, и каждый из них имеет математическое описание. Совершенно разные объяснения одного и того же объекта.

«То, что мы сейчас обнаружили, — это подобная двойственность, — объясняет Матиас Вильгельм, доцент Международной академии Нильса Бора. — Мы рассчитали прогноз для двух процессов рассеяния. Текущие расчеты менее осязаемы с экспериментальной точки зрения, чем знаменитый двухщелевой эксперимент. Однако между ними существует четкая математическая карта, которая показывает, что оба процесса содержат одну и ту же информацию. Они как-то связаны».

Новый эксперимент

На Большом адронном коллайдере взаимодействует множество протонов — среди них есть много субатомных частиц, глюонов и кварков. При столкновении два глюона от разных протонов могут взаимодействовать, и появляются новые частицы, такие как бозон Хиггса. Эти процессы создают интересные узоры в детекторах.

Источник: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare

Исследователи составляют карту того, как выглядят эти паттерны, а физики-теоретики описывают эти процессы в математических терминах. Цель — собрать достаточное количество данных для создания прогнозов, которые можно сравнить с результатами экспериментов.

В ходе такой работы ученые рассчитали процесс рассеяния двух глюонов, взаимодействующих с образованием четырех глюонов, а также процесс рассеяния двух глюонов, взаимодействующих с образованием глюона и частицы Хиггса, в слегка упрощенной версии Стандартной модели. Оказалось, что результаты этих двух расчетов связаны. «Это классический случай двойственности, — объясняют ученые. — Каким-то образом ответ о том, насколько вероятно, что произойдет один процесс рассеяния, связан с тем, насколько вероятно, что произойдет и второй».

С левой стороны — процесс рассеяния с участием двух глюонов (зеленый/желтый и синий/голубой), взаимодействующих с образованием глюона (красный/пурпурный) и частицы Хиггса (белый). Более сложный процесс рассеяния справа отражает более простой процесс слева, но здесь — два глюона (зеленый/желтый и синий/голубой), взаимодействующих с образованием четырех глюонов (красный/пурпурный, красный/желтый), синий/пурпурный и зеленый/голубой). Черный цвет символизирует тот факт, что при самом столкновении может произойти множество различных элементарных взаимодействий. Предоставлено: Сорен Дж. Гранат

Странность этой двойственности заключается в том, что ученые понятия не имеют, почему вообще существует связь между двумя различными процессами рассеяния. «Мы смешиваем два очень разных физических свойства двух предсказаний и видим связь. Но до сих пор остается загадкой, в чем она заключается», — объясняют авторы исследования.

Как это поможет ученым?

Согласно Стандартной модели и общепринятым законам физики, эти две вещи не должны быть связаны.

  • Стандартная модель — это модель мира на субатомном уровне, которая объясняет все частицы и их взаимодействия.

С открытием этой удивительной двойственности ученым, похоже, придется продолжить исследование. Физика в очередной раз удивила ученых и они надеются, открытие приведет к обнаружению новых частиц на БАК.

Так, после открытия бозона Хиггса в 2012 году никаких новых сенсационных частиц обнаружено не было. Чтобы сдвинуться с мертвой точки на «найти новую физику», ученые пытаются делать предсказания, сравнивать их с измерениями и искать возможные отклонения. Именно там может быть ответ.

Проблема в том, что для этих процессов нужна невероятная точность, как экспериментальная, так и теоретическая. Но чем больше расчеты, тем сложнее ее соблюсти. Тут и пригодится обнаруженная двойственность. Например, одно вычисление может оказаться проще другого, но оба они дадут одинаковый ответ. Ученые собираются продолжить эксперименты, насколько реальна их теория.

Читать далее

За ней охотились столетиями: что нам известно о планете Вулкан рядом с Солнцем

Астрономы нашли планету недалеко от Земли: у нее очень странная орбита

Ученые из Китая доказали, что современные сдвиги плит датируются 2,5 млрд лет

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Квантовую телепортацию впервые осуществили по интернет-кабелю
Наука
«Уэбб» нашел галактику, которую ученые не могут объяснить
Космос
Ученые нашли «инопланетное» растение: оно не связано ни с одним видом на Земле
Наука
НАСА показало космическую «елку» и «венок» к Рождеству  
Космос
Астероид с 10-этажный дом летит в сторону Земли
Космос
Квантовую телепортацию впервые совершили по обычному интернет-кабелю
Новости
Инженеры предложили технологию для зарядки смартфона в кармане
Новости
Неоднородное расширение Вселенной ставит под сомнение существование темной энергии
Космос
Российские физики создали усилитель для оптоволоконных сетей
Новости
«Джеймс Уэбб» изучил ледяное прошлое ранней Солнечной системы
Космос
В России доказали безопасность транспортировки плазмы крови дронами
Иннополис
Ученые нашли практически безграничный источник топлива
Наука
Жители какой страны украли больше всего криптовалюты в 2024 году — отчет
Новости
Физики обнаружили новые частицы: они меняют понимание магнетизма
Наука
Ученые считают, что мы неправильно понимаем Вселенную: в чем причина
Космос
РКН уточнил детали проекта о контроле за обходом блокировок  
Новости
Роскомнадзор готов принять меры против YouTube 
Новости
Создан нейрон на основе лазера: он работает как нервная клетка, только быстрее
Новости
Родину сифилиса определили с помощью анализа древней ДНК
Наука
В пробирке вырастили «навигационную систему» эмбриона человека
Наука