Недавние результаты исследований на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРНе в Женеве указывают на то, что мы, возможно, приближаемся к признакам неоткрытой физики. Если эти намеки подтвердятся, они опрокинут Стандартную модель — теорию, которая доминирует в физике элементарных частиц уже 50 лет. Результаты показывают, что поведение определенных субатомных частиц в БАК не согласуется со Стандартной моделью.

Фундаментальные частицы — это самые основные строительные блоки материи — субатомные частицы, которые нельзя разделить на более мелкие единицы. Четыре фундаментальные силы — гравитация, электромагнетизм, слабое и сильное взаимодействия — управляют тем, как эти частицы взаимодействуют. БАК — это гигантский ускоритель частиц, построенный в 27-километровом кольцевом туннеле под франко-швейцарской границей. Его основная цель — найти трещины в Стандартной модели, которая является нашим лучшим пониманием фундаментальных частиц и сил, но не объясняет гравитацию или темную материю — невидимый, неизмеренный тип материи, составляющий примерно 25% Вселенной.

В БАК пучки протонов, движущихся в противоположных направлениях, сталкиваются в попытке обнаружить намеки на неоткрытую физику. Новые результаты получены от LHCb, эксперимента на Большом адронном коллайдере, где анализируются эти столкновения. Результат получен при изучении распада — своего рода трансформации — субатомных частиц, называемых B-мезонами. Мы исследовали, как эти B-мезоны распадаются на другие частицы, и обнаружили, что конкретный способ, которым это происходит, не согласуется с предсказаниями Стандартной модели.

Стандартная модель основана на двух самых преобразующих достижениях физики XX века: квантовой механике и специальной теории относительности Эйнштейна. Физики могут сравнивать измерения, сделанные на таких установках, как БАК, с предсказаниями, основанными на Стандартной модели, чтобы строго проверить теорию. Несмотря на то, что мы знаем, что Стандартная модель неполна, за более чем 50 лет все более строгих испытаний физики-частичники еще не нашли трещины в теории — то есть, возможно, до сих пор.

Наше измерение, принятое к публикации в Physical Review Letters, показывает расхождение в четыре стандартных отклонения от ожиданий Стандартной модели. В реальных терминах это означает, что после учета неопределенностей экспериментальных результатов и теоретических предсказаний существует лишь один шанс из 16 000, что такое экстремальное случайное колебание данных произошло бы, если бы Стандартная модель была верна. Хотя это не дотягивает до золотого стандарта науки — так называемой пяти сигмы, или пяти стандартных отклонений (примерно один шанс из 1,7 миллиона), — доказательства начинают накапливаться.

Добавляя убедительности этой истории, результаты независимого эксперимента CMS на БАК, опубликованные ранее в 2025 году. Хотя результаты CMS не так точны, как у LHCb, они хорошо согласуются, укрепляя позиции. Наши новые результаты были получены при изучении особого вида процесса, известного как электромагнитный пингвиновый распад. Термин «пингвин» относится к конкретному типу распада (трансформации) короткоживущих частиц. В данном случае мы изучаем, как B-мезон распадается на четыре другие субатомные частицы — каон, пион и два мюона. При некотором воображении можно представить расположение частиц, напоминающее пингвина. Ключевой момент: измерения этого распада позволяют нам изучать, как один тип фундаментальных частиц, красивый кварк, может превращаться в другой, странный кварк.

Этот пингвиновый распад невероятно редок в Стандартной модели: только один из миллиона B-мезонов распадается таким образом. Мы тщательно проанализировали углы и энергии, под которыми эти частицы рождаются в распаде, и точно определили, как часто происходит этот процесс. Мы обнаружили, что наши измерения этих величин не согласуются с предсказаниями Стандартной модели.

Точные исследования таких распадов — одна из главных целей эксперимента LHCb с самого его начала.