Эксперимент на Большом адронном коллайдере подтвердил неделимость кварков.

Большой адронный коллайдер (БАК) провел углубленное исследование кварков в поисках возможных строительных блоков в них. Результаты готовятся к публикации в журнале Physics Letters B.

Согласно современным представлениям о строении Вселенной, кварки являются фундаментальными, точечными частицами. Они выступают в качестве основных «строительных блоков» материи, которые уже ни на что не делятся. Ученые из коллаборации CMS проверили это, изучая кварки в масштабе 10⁻²⁰ метров.

В этом масштабе никаких признаков составных частей обнаружено не было. Однако в истории науки немало примеров, когда то, что считалось неделимым, раскрывало глубины своего внутреннего устройства. Сначала они выяснили, что материя состоит из молекул, затем что молекулы построены из атомов, а те, в свою очередь, представляют собой плотное ядро, окруженное облаком электронов.

Резерфорд открыл атомное ядро, направив луч ядер гелия на золотую мишень из фольги. Эти ядра были рассеяны на атомах золота под разными углами, которые измерил знаменитый физик. Изучая распределение углов рассеяния, он смог доказать, что в центре атома находится точечное ядро. Этот успех стал возможен потому, что луч гелия в его установке обладал достаточной энергией, чтобы заглянуть внутрь атома.

Позже было показано, что ядро ​​состоит из протонов и нейтронов, а они, в свою очередь, состоят из кварков. Эксперименты на БАКе, включая установку CMS, продолжают это направление исследований. Сталкивая частицы при огромных энергиях, ученые пытаются заглянуть внутрь кварков и выяснить, есть ли у них структура.

Когда два пучка протонов сталкиваются в детекторе CMS, они распадаются на составляющие их кварки. Из этих убегающих кварков образуются дигиты – пары адронных струй. Измерив их, можно рассчитать угол рассеяния между кварками. Полученное распределение углов рассеяния сравнивается с ожидаемым, исходя из того, что кварки неделимы. Анализ данных второго запуска БАК, проведенный коллаборацией CMS, не выявил существенных расхождений.

Это означает, что если у кварка есть компоненты, то они намного меньше 10⁻²⁰ метров. И, скорее всего, он уже не будет ни на что делиться.

Эта оценка следует из ограничений на энергетический масштаб, на котором может проявиться «композитная природа» кварка. Для эталонной модели из недавней статьи CMS, которая предполагает, что кварки являются составными, результаты устанавливают самый строгий предел на сегодняшний день: 37 ТэВ.

Как и в случае с Резерфордом, который смог увидеть компоненты атома только потому, что его пучок частиц имел достаточную энергию, изучение столкновений частиц при более высоких энергиях может привести к неожиданным открытиям. Третий запуск БАК высокой светимости (после модернизации) обеспечит более точные измерения угла рассеяния.

А пока Стандартная модель выжила и предпосылок для появления новой физики нет.