Редкий распад D-мезона уложился в предсказания Стандартной модели
Физикам впервые удалось с достаточной систематической значимостью обнаружить канал распада D-мезона с участием тау-лептона (таона). Полученные данные позволили определить отношение вероятностей распада на мюон и тау-лептон, которое оказалось в согласии с предсказанием Стандартной модели в пределах ошибок, пишут авторы в журнале Physical Review Letters.
D-мезон — это семейство самых легких частиц, содержащих очарованный кварк или антикварк. Существует множество каналов распада этих частиц, но из-за нестабильности c-кварка для превращения необходимо изменение аромата, что может происходить только посредством слабого взаимодействия. Поэтому D-мезоны часто используются для исследования этого фундаментального взаимодействия и связанных с ним аспектов Стандартной модели физики элементарных частиц.
Один из простейших D-мезонов — D+-мезон — состоит из c-кварка и анти-d-кварка. Как и другие родственные частицы, он может распадаться несколькими десятками способов. Вероятности некоторых известны с высокой точностью, для других установлены лишь верхние ограничения. В то же время параметры схожих каналов распада можно независимо вычислить из теории. Это обстоятельство позволяет использовать экспериментальные результаты по распадам для проверки и поисков отклонения от Стандартной модели.
Физики, работающие с данными китайского электрон-позитроного коллайдера BEPC II, впервые опытным путем определили вероятность распада D+ на антитаон и тау-нейтрино. Как все полностью лептонные распады, этот процесс предполагает участие виртуального W-бозона — переносчика слабого взаимодействия. Авторы отмечают, что им впервые удалось получить данные о распаде D+ на антитаон со статистической значимостью выше 5 стандартных отклонений.
Вероятность распада оказалась равна (1,20 ± 0,24 ± 0,12) × 10−3, где второе и третье числа обозначают статистическую и систематическую погрешности, соответственно. Отношение вероятностей распадов с участием антитаона и антимюона получилось равным 3,21 ± 0,64 ± 0,43, что в пределах ошибок совпадает с теоретическим значением 2,67.
Вероятность этого процесса можно вычислить теоретически, причем в соответствующее выражение входят лишь две величины, известные с относительно невысокой точностью — константа распада и элемент матрицы Кабиббо — Кобаяси — Маскавы. Первую величину также можно независимо посчитать методами квантовой хромодинамики на решетке. Это позволяет использовать результаты для вычисления элемента матрицы, который показывает вероятность превращения кварков разных ароматов, в данном случае, из c-кварка в d-кварк. Исследователи получили значение 0,22438 ± 0,00044, что согласуется с результатами других экспериментов.
Физики ищут отклонение в значении вероятностей распада, так как оно может указывать на существование дополнительных промежуточных бозонов, которые взаимодействуют с поколениями лептонов по-разному. Подобные частицы, к которым, в частности, относится лептокварк, присутствуют во многих обобщениях Стандартной модели. Тем не менее, существуют варианты суперсимметричных теорий, в которых это число не модифицируется. К ним относится, например, двухдублетная хиггсовская модель.
Ранее распады D-мезонов использовали для поиска асимметрии между материей и антиматерией, а данные по редкому распаду B-мезонов позволили ограничить суперсимметрию. Также недавно физики увидели новый пентакварк и «раздвоение» старого.
Тимур Кешелава
Это поможет добывать руду и обрабатывать ядерные отходы
Европейские физики теоретически и экспериментально исследовали цикличные процессы всплытия и опускания на дно зерен арахиса в пиве, который называют «танец арахиса». Для этого они в течение двух с половиной часов снимали на камеру этот процесс в лаборатории. Анализируя эти результаты, ученые выяснили, что танец происходит из-за поверхностных свойств арахиса, на которых образование пузырьков предпочтительнее, чем на стенках стакана. Исследование опубликовано в Royal Society Open Science. В России распространен фокус, который показывают на вечеринках с шампанским. Для этого в полный бокал игристого напитка бросают изюминку, кусочек ананаса или дольку шоколада. Брошенное в жидкость тело сначала тонет, но затем всплывает под действием пузырьков газа, зародившихся на его краях. У поверхности пузырьки разрушаются и цикл повторяется. В аргентинских барах существует такая же традиция, только вместо шампанского там используют пиво, а вместо изюма — арахис. Там этот трюк получил название «танец арахиса». Несмотря на качественное понимание такого танца, физики плохо понимают его детали. Вместе с тем, такие процессы происходят не только на вечеринках или в барах, но и в природе: предполагается, что именно так плотный магнетит всплывает в магме. Похожим же образом горняки отделяют железо от руды. Разобраться в этом вопросе решили Луис Перейра (Luiz Pereira) из Университета Людвига Максимилиана и его коллеги из Англии, Германии и Франции. Для этого они провели экспериментальны с арахисом в пиве и подтвердили их результаты численными вычислениями. Физики наполняли резервуар размером 100 × 100 × 200 миллиметров одним литром лагера и опускали в него 13 обжаренных зерен арахиса Arachis hypogaea. Весь процесс они снимали на цифровую камеру. На начальном этапе все зерна плавали на поверхности из-за активного образования пузырей в перенасыщенном углекислом газом пиве. Примерно через 25-30 минут количество пузырьков уменьшалось и арахис начинал цикличное движение вверх и вниз под действием описанного выше механизма. Танец всех зерен прекратился примерно через 150 минут после начала эксперимента — количество газа, растворенного в пиве, опустилось ниже пороговой отметки. Для анализа результатов эксперимента авторы разбили задачу на три части: зарождение пузырьков, плавучесть и цикличность. Для этого им потребовалось знать капиллярные свойства системы, такие как плотность пива и газа, поверхностное натяжение, углы смачивания и так далее. Первое они рассчитали с помощью пивного онлайн калькулятора, второй — взяли из литературы, а для получения информации об углах ученым потребовалось провести дополнительные эксперименты по смачиванию пива стеклом и плоской частью арахиса. В результате физики смогли воспроизвести основные особенности поведения арахиса в пиве, которые они увидели в эксперименте. Так, они доказали, что арахис обладает поверхностью, на которой образование пузырей энергетически более выгодно, чем на стенках стакана. Если бы это было не так, танец арахиса был бы невозможен. Ученые отмечают, что арахис в пиве может служить модельной системой не только для задач геологии и добычи полезных ископаемых, но и в обработке ядерных отходов. Один литр пива — это не так много, когда речь идет о физическом эксперименте (впрочем, не только). То ли дело 30 литров! Именно столько потратили физики из Германии и Кореи, изучая стабильностью пивной пены при розливе «снизу-вверх».