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
Анализ генов показал, как древние водоросли вышли на поверхность планеты
Наука
Древняя технология поможет вырастить растения на Марсе, считают ученые
Космос
Физики из MIT добились рекордной близости между атомами для квантовых исследований
Наука
В Германии на ветряную электростанцию впервые установили деревянные лопасти
Новости
Инженеры разработали искусственную пиявку для безболезненного забора крови у детей
Наука
Solar Orbiter запечатлел «пушистую» корону Солнца в завораживающих деталях
Космос
Китай отправляет миссию на обратную сторону Луны: как смотреть онлайн
Космос
ИИ нашел асимметрию материи и антиматерии на Большом адронном коллайдере
Наука
TikTok вернулся в Россию? Что известно прямо сейчас
Новости
В Японии разработали устройство 6G, которое передает данные со скоростью 100 Гбит/с
Новости
Климатологи объяснили формирование в Антарктиде полыньи размером с Чехию
Наука
Частые кризисы повысили способность человечества выживать
Наука
Физики наблюдали кота Шредингера — превращение атомов из частиц в волну
Наука
Найдена самая глубокая дыра в мире
Наука
«Вышка» заряжает карьеру в IT
Технологии
Ученые создали клей, который работает как паутина Человека-паука (почти)
Наука
Новый препарат может обратить диабет вспять
Наука
На Марсе участились полярные сияния: что это значит
Космос
Форма известной туманности оказалась совсем не такой, как считали ученые
Наука
Исламский «Экскалибур» нашли в Испании: ему больше 1000 лет
Наука