Новые данные свидетельствуют о том, что поведение некоторых субатомных частиц не соответствует прогнозам Стандартной модели — теории, которая преобладает в физике элементарных частиц на протяжении последних пяти десятилетий.
Стандартная модель охватывает базовые частицы — основные элементы материи — и четыре ключевые силы природы: гравитацию, электромагнетизм, слабое и сильное взаимодействия. Несмотря на полвека успешного тестирования, ученые понимают, что эта модель неполная: она не дает объяснений для гравитации и темной материи. Большой адронный коллайдер (БАК), огромный ускоритель частиц в 27-километровом туннеле на границе Франции и Швейцарии, был создан для поиска слабых мест в этой теории.
На этот раз исследователи получили неожиданные результаты в ходе эксперимента LHCb, который посвящен изучению частиц с так называемым «красивым» (beauty, b) кварком. Ученые проанализировали распады короткоживущих B-мезонов — состоящих из b-кварка и его «партнера». В центре внимания оказались крайне редкие процессы, называемые «пингвин-распадами».
В таком распаде один B-мезон преобразуется в четыре другие частицы: каон, пион и две более тяжелые «сестры электрона» — мюоны. По форме диаграмм взаимодействия этот процесс когда-то сравнили с силуэтом пингвина — отсюда и оригинальное название распада. В среднем лишь один из миллиона B-мезонов проходит такой распад, но именно такая редкость делает процесс чувствительным к возможному воздействию пока что неизвестных ученых тяжелых частиц.
Изучив углы вылета и энергии распадных продуктов, а также частоту таких событий, исследователи обнаружили несоответствие с предсказаниями Стандартной модели на уровне четырех стандартных отклонений. Это означает, что вероятность объяснить наблюдаемые результаты простой статистической случайностью, если теория абсолютно верна, составляет примерно один шанс из 16 тысяч.
Для того чтобы официально считать результаты эксперимента «открытием», в физике требуется более строгий критерий — пять стандартных отклонений (примерно один шанс из 1,7 миллиона). Тем не менее, к новым данным LHCb добавились и менее точные, но согласующиеся с ними результаты независимого эксперимента CMS, которые были опубликованы в 2025 году. В совокупности они усиливают подозрения, что в необычных распадах могут участвовать неизвестные частицы.
Многочисленные теоретические модели, способные объяснить наблюдаемое, предполагают наличие частиц «лептокварков», которые соединяют две большие семьи материи — лептоны (включая, например, электрон и мюон) и кварки. Другие модели вводят более тяжелые аналоги уже известных ученым частиц. Новые измерения помогают сузить круг возможных вариантов и указывают направление для будущих поисков.
