Три эксперимента на Большом адронном коллайдере зафиксировали отклонения которые физика не может объяснить

Три раза физики запускали этот эксперимент. Три раза результат оказывался «неправильным». И каждый раз, когда они возвращались с новыми данными и более точными приборами, «неправильность» не исправлялась. Она углублялась.

Публикация в журнале Physical Review Letters зафиксировала самое точное измерение, когда-либо сделанное на детекторе LHCb в Европейском центре ядерных исследований. Восемь целых четырёх десятых обратного фемтобарна данных о столкновениях, собранных за семь лет. Разрыв между тем, что показывает эксперимент, и тем, что должна показывать теория, теперь составляет четыре сигмы. Эта цифра означает: вероятность того, что расхождение является случайным шумом, составляет одна шестнадцатитысячная. Это не погрешность округления. Это не сбой калибровки. Физики потратили более десяти лет на поиски и того, и другого. И не нашли ни того, ни другого.

Стандартная модель — это самое близкое, что физика имеет к полному своду правил реальности. Она описывает все известные частицы и все известные силы, кроме гравитации. И она успешно прошла все прямые экспериментальные проверки за последние пятьдесят лет. W-бозон, Z-бозон, топ-кварк, бозон Хиггса — Стандартная модель предсказала их все до того, как какой-либо детектор подтвердил их существование. Она не ошибается. Но здесь, в распаде, настолько редком, что происходит примерно один раз на миллион попыток, она продолжает ошибаться. И никто не может договориться о причине.

Распад, о котором идёт речь, связан с частицей под названием B-мезон — недолговечным субатомным объектом, который распадается менее чем за одну триллионную долю секунды. Большую часть времени этот распад ничем не примечателен. Но иногда содержащийся в нём прелестный кварк превращается прямо в странный кварк, одновременно производя два мюона — тяжёлых «кузена» электрона. Этот процесс почти полностью запрещён Стандартной моделью. Он может происходить только через сложную серию виртуальных квантовых шагов — частиц, на мгновение заимствованных из пустоты и возвращённых обратно до того, как их можно будет непосредственно увидеть. Поскольку процесс настолько подавлен, его геометрия предсказана с исключительной точностью. Именно поэтому отклонение так трудно отбросить: предсказание достаточно жёсткое, чтобы любой сдвиг явно регистрировался на его фоне.

Сдвиг, который физики продолжают измерять, связан с величиной под названием P5-простое — параметром, разработанным специально для того, чтобы отсечь теоретические неопределённости, которые делают другие измерения более уязвимыми для споров. Впервые он отклонился от предсказаний Стандартной модели на 3,7 сигмы в 2013 году. Он остался на уровне 3,3 сигмы в 2016 году с большим набором данных. Теперь он находится внутри глобального расхождения в 4 сигмы с самым большим и наиболее тщательно построенным набором данных, который эксперимент когда-либо производил. Второй независимый детектор, эксперимент CMS, опубликовал свои собственные измерения в начале 2025 года и зафиксировал то же самое отклонение по направлению. Две разные машины, две разные команды, два разных аналитических конвейера указывают на один и тот же разрыв в одном и том же месте.

Что заполняет этот разрыв — вопрос, на который никто не смог ответить. Самая тщательная теоретическая работа по поправкам к Стандартной модели, выполненная с использованием нескольких независимых вычислительных систем, последовательно даёт числа, слишком маленькие, чтобы закрыть расстояние. Нечто за пределами известного каталога частиц, по-видимому, участвует в распаде на квантовом уровне, внося вклад в процесс таким образом, что искривляет геометрию результата относительно предсказания.

У физиков есть два серьёзных кандидата. Первый — более тяжёлый, неоткрытый «кузен» Z-бозона, частицы-переносчика слабого ядерного взаимодействия. Гипотетическая частица под названием Z-простое появляется в нескольких расширениях Стандартной модели и взаимодействует как с прелестными кварками, так и с мюонами именно так, как нужно, чтобы произвести наблюдаемый сдвиг. Второй — класс частиц под названием лептокварки, объекты, которые связывали бы кварки и лептоны — два семейства материи, у которых в Стандартной модели вообще нет прямого взаимодействия. Оба варианта подходят. Ни один не найден.

То, что отличает нынешнюю ситуацию от всех предыдущих версий этой истории, — это масштаб того, что последует. С момента закрытия набора данных, использованного в этом анализе, в 2018 году эксперимент LHCb собрал примерно в три раза больше событий столкновений в своей модернизированной конфигурации третьего этапа работы. Эти данные в настоящее время обрабатываются. Порог в 5 сигм, необходимый для подтверждённого открытия в физике частиц, соответствует вероятности одна к трём с половиной миллионам. Текущий результат находится на уровне 4 сигм. Набор данных третьего этапа несёт достаточно статистического веса, чтобы преодолеть этот порог, если сигнал реален, или полностью обрушить его, если нет. Середины больше не осталось. Эксперимент длился достаточно долго, и объём данных теперь достаточно велик, чтобы следующий результат стал окончательным.

Дата публикации анализа третьего этапа официально не объявлена. Работа в ЦЕРНе продолжается.

Что именно пытается пробиться сквозь квантовую ткань реальности в этом редчайшем из распадов? Является ли это первым намёком на новую фундаментальную силу или частицу, которую теория не предусматривала? И почему ошибка — если это ошибка — отказывается исчезать, становясь всё более отчётливой с каждым новым измерением? Детекторы молчат. Данные ждут своего часа. А тишина в залах ЦЕРНа становится всё громче.