Впервые без моделей: физики напрямую измерили силу сильного взаимодействия с рекордной точностью
Физики сообщили о первой прямой оценке параметра αs — константы, определяющей силу сильного ядерного взаимодействия между кварками и глюонами. Работа, опубликованная в журнале Nature, даёт значение с беспрецедентной точностью по сравнению с предыдущими подходами и снижает ключевые неопределённости, влияющие на интерпретацию столкновений частиц на крупнейших ускорителях.
Параметр αs лежит в основе квантовой хромодинамики (QCD) — теории, описывающей сильное взаимодействие, которое удерживает кварки внутри протонов и нейтронов. Его поведение нетипично: на больших энергиях сила взаимодействия ослабевает (эффект асимптотической свободы), а на малых — наоборот усиливается, что приводит к конфайнменту, то есть невозможности наблюдать свободные кварки.
Как отметил профессор Тринити-колледжа Стефан Синт (Stefan Sint), участвовавший в работе, именно конфайнмент делает точные расчёты особенно сложными. Хотя эксперименты на CERN, включая детекторы ATLAS и CMS, позволяют оценивать αs, такие измерения ранее сильно зависели от моделей, связанных с описанием удержания кварков.
Источник: CERNНовая работа устраняет эту зависимость: исследователи объединили низкоэнергетические экспериментальные данные с решёточной квантовой хромодинамикой — численным методом, в котором пространство-время дискретизируется в виде сетки, а уравнения QCD решаются напрямую из первых принципов. Это позволило полностью отказаться от дополнительных феноменологических предположений.
Полученная оценка αs характеризуется неопределённостью примерно вдвое меньшей, чем совокупная погрешность всех предыдущих измерений. При этом оставшаяся ошибка в основном имеет статистическую природу и связана с методами Монте-Карло, что делает результат более прозрачным и строго вероятностно интерпретируемым.
Новая константа связывает два ранее разрозненных режима: низкоэнергетическую решёточную QCD и высокоэнергетические процессы рассеяния, где традиционные разложения по αs ещё работают. Это позволяет уменьшить один из главных источников теоретической неопределённости в анализе протон-протонных столкновений в CERN, повышая чувствительность к возможным отклонениям от Стандартной модели.
В практическом смысле это означает более точные предсказания для событий на Большом адронном коллайдере и усиление способности фиксировать слабые эффекты новой физики, если они существуют. Работа задаёт новый уровень точности в физике частиц и сокращает один из ключевых ограничивающих факторов в поиске явлений за пределами текущей теоретической модели Вселенной.
© iXBT
