Новое в ядерной физике
21.04.2023 09:07
Физики описали зависимость вероятности рождения частиц вблизи порога реакций от энергии
Как известно, основную информацию о структуре микромира физики получают с помощью анализа результатов соударения различных частиц. Например, при аннигиляции электрона и позитрона происходит рождение пары барион и антибарион. При экспериментальном изучении этих процессов в недавнее время была обнаружена необычная зависимость вероятности этих процессов от энергии сталкивающихся частиц вблизи порога реакций, то есть в случае, когда относительная скорость родившихся частиц является маленькой по сравнению со скоростью света. Это явление привлекло внимание многих теоретиков, были высказаны различные гипотезы о его природе. Специалистам Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) удалось разработать теоретическую модель, в рамках которой единым образом были описаны все наблюдающиеся явления. Начиная с 2014 г., на эту тему авторами было опубликовано много работ. В 2022 г. в журнале Physical review D вышли три научные статьи об этом явлении: Phys. Rev. D. 105, L031501 (2022), Phys. Rev. D. 105, 074002 (2022), Phys. Rev. D. 106, 074012 (2022).
Более десяти лет назад в различных экспериментах на электрон-позитронных коллайдерах в России (ВЭПП-2000, ИЯФ СО РАН), Японии (J-PARK, KEK), Китае (BES III, IHEP) и США (BaBar, SLAC) ученые измеряли вероятности рождения сильновзаимодействующих частиц. В своих экспериментах они обнаружили неожиданно сильную зависимость вероятности этих процессов от энергии сталкивающихся частиц. Некоторые даже заговорили о Новой физике, так как им казалось, что в рамках Стандартной модели эти явления объяснить нельзя. Однако, довольно быстро появились самые разные гипотезы, которые могли бы объяснить наблюдаемые явления в рамках стандартных представлений о мире. Задача теоретиков не только в том, чтобы предложить гипотезу, необходимо получить количественные следствия из этой гипотезы, которые бы согласовывались с экспериментальными данными. В рамках модели, разработанной сотрудниками ИЯФ СО РАН, удалось описать весь комплекс имеющихся экспериментальных данных. Теоретическую модель разработали старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Сергей Сальников и заведующий теоретическим отделом ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Александр Мильштейн.
«Как правило, при высоких энергиях зависимость вероятностей рождения частиц или резонансов описывается универсальными формулами, – рассказывает Сергей Сальников. – В случае, когда энергия резонансов вблизи порога реакции маленькая, универсальные общеизвестные формулы не подходят или требуют серьезной модификации. Нам удалось объяснить зависимость вероятности рождения “припороговых” резонансов от энергии за счет взаимодействия частиц. Именно это взаимодействие (взаимодействие в конечном состоянии) обуславливает наблюдаемый эффект».
Если провести аналогию из жизни, этот процесс будет похож на ситуацию, когда из подъезда выходят две болтающие соседки.
«Выскочили две женщины из подъезда и, продолжая разговаривать, быстро удаляются в разные направления. В этом случае, разве что пару слов успеют сказать друг другу. А если бы они медленно расходились, то многое могли бы сообщить, – объясняет Александр Мильштейн. – При рождении частиц вблизи порога реакций, когда их относительная скорость маленькая, взаимодействие между частицами, их разговор, передача информации, имеет большое значение. В рамках этой картины, используя законы квантовой механики, можно качественно объяснить наблюдаемые явления, что мы и сделали в своей работе».
Качественное описание процессов взаимодействия частиц вблизи порога реакций, предложенное в ИЯФ СО РАН, может использоваться для понимания результатов, полученных не только на зарубежных установках, но и на коллайдере ВЭПП-2000 ИЯФ СО РАН.
Алла Сковородина,
руководитель пресс-службы ИЯФ СО РАН