Seventeen moments of atomic spring
Когда в 1990-х снова, спустя десятки лет, обрела популярность идея темной материи, а следом было открыто ускоренное расширение Вселенной, и к проблеме поиска этого вещества прибавилась задача идентификации темной энергии, стало ясно, что космос, доступный нашим наблюдениям, в действительности отвечает лишь за жалкие проценты массоэнергетического богатства реального мироздания. По наиболее свежим оценкам, темная материя и темная энергия суммарно составляют 95–96% Вселенной. Вся наша с вами жизнь, основанная на барионной материи, и всё, что еженощно загорается на праздничной ёлке небес, уместились в оставшуюся скромную долю.
Главная трудность построения убедительной и отвечающей сенсациям экспериментальных наблюдений модели космоса в том, что темный сектор, не говоря уж про темную энергию, взаимодействует с обычным веществом только одним способом — через гравитацию, самое слабое из фундаментальных взаимодействий (но и, в случае его энтропийной природы, даже принципиально проникающее во все измерения). Понятно, почему охотникам за темной материей весьма пригодилось бы пятое взаимодействие, по ожиданиям — также весьма слабое, порядка гравитации, но при этом тесно связанное именно с частицами-кандидатками в темный сектор.
Четыре с небольшим года назад ученые ЦЕРНа и Центра атомных исследований при Институте АН Венгрии в Дебрецене в поисках суперслабо связанного темного фотона — частицы, аналогичной в темном секторе переносчику электромагнитного взаимодействия, но вступающей во взаимодействие с барионной материей исключительно через смешанный кинетический член лагранжиана,— наткнулись на необъяснимую аномалию в спектрах разлета электрон-позитронных пар: противу предсказаний классической квантовой электродинамики, при больших углах разлета наблюдался резкий пик, указывающий на предположительное образование новой промежуточной частицы (и лишь дальнейший ее распад) в процессах изовекторного и изоскалярного переходов из возбужденных состояний в основное для изотопа бериллия-8. Частица получила условное название Х17, поскольку ее масса, около 17 МэВ, находится в нижней оконечности “разведанной делянки” Стандартной Модели. С помощью этого протофобного бозона пробовали объяснить аномалию магнитного момента мюона, а также аннигиляцию частиц темной материи, выводящую их “на свет” при некоторых специфичных требованиях к энергопрофилю космических γ-лучей как улик.
В более свежей работе тот же коллектив, ведомый двумя Краснахоркаи, изучает образование электрон-позитронных пар для нового перехода: распада широкого возбужденного состояния альфа-частиц (гелия-4), расположенного на уровне 21.01 МэВ и получаемого бомбардировкой трития 900 кВ-протонами в генераторе ван де Граафа на 5 МэВ. Уточненное значение энергии пика, отвечающего, по мнению авторов, переносчику пятого взаимодействия, составляет 16.84 ±0.16 МэВ (дополнительная систематическая погрешность 0.20 МэВ), а статистическая достоверность — аж 7.2σ. Разлет электрон-позитронных пар, происходящих от распада бозона, наблюдается примерно под углом 115°. На нижележащем графике зеленая кривая отвечает данным симуляции для модели, включающей Х17.
Авторы соглашаются, что, строго говоря, в этом случае невозможно доказать принадлежность аномалии переходу 21.01 0− → 0 +, так как первое возбужденное состояние 0 + с энергией 20.21 МэВ весьма широкое и перекрывается с состоянием 0−, а оба они плотно заселены. Однако совпадение массы Х17, получаемой в эксперименте, с данными об аномалиях перехода бериллия-8 говорит, по их мнению, в пользу гипотезы о распаде именно 0−, а не 0 + или (для бериллия) 1+ состояния.
Обрести славу первооткрывателей нового взаимодействия еще сложнее, чем первооткрывателей нового трансуранового элемента, в особенности если вы работаете на такой периферии научного мира, как Дебрецен. Понимая это, авторы призывают активно повторять их эксперименты и очерчивают несколько новых направлений поиска Х17, самым перспективным среди которых представляется, пожалуй, прямое получение частиц темной материи в электрон-позитронных столкновениях. К 2023-му команда Большого Адронного Коллайдера планирует накопить достаточно побочных данных в экспериментах LHCb и FASER, чтобы дать четкое заключение о воспроизводимости венгерского открытия. А пока гусарам лучше помолчать и поубавить огонь под гуляшом, даром что еще одному Краснахоркаи давно сулят Нобелевскую премию. Правда, по литературе.
LoadedDice
