Для «сотворения мира» достаточно 12 частиц материи

Как много частиц, из которых состоит материя, существует в природе? Физики задавали себе этот вопрос долгое время. На него ответили исследователи из KIT, CERN и Университета Гумбольдта.

Частицы материи, также называемые фермионами, являются элементарными компонентами Вселенной. Из них состоит все, что мы видим на Земле или в телескоп. Однако в течение длительного времени не было ясно, известны ли нам все компоненты. Стандартная модель предусматривает 12 фермионов. На основе их свойств подобия они подразделяются на три семейства по четыре частицы в каждом. Только частицы из первого семейства встречаются в ощутимом количестве вне ускорителей. Среди них электрон, электронное нейтрино, up-кварк и down-кварк. Два указанных кварка формируют тяжелые частицы, такие как протоны и нейтроны, и, следовательно, все элементы Периодической таблицы.

Для чего же существуют второе и третье семейства, если они столь мало необходимы? И может быть, есть и другие семейства частиц? На последний вопрос теперь получен ответ: в рамках Стандартной модели может существовать точно три семейства фермионов.

Для своего анализа исследователи, среди которых проф. Ульрих Нирсте (Ulrich Nierste) из KIT, Мартин Вибуш (Martin Wiebusch) и Отто Эберхардт (Otto Eberhardt), объединили самые последние данные, собранные в экспериментах на БАК и Теватроне, со многими уже известными результатами в физике элементарных частиц, к примеру, для Z-бозона и top-кварка. Статистический анализ показал, что с вероятностью 99,99999 (5,3 сигма) других фермионов не существует. Самые важные данные для статистического анализа получены из экспериментов по обнаружению бозона Хиггса.

Бозон Хиггса обусловливает массы всех других частиц. Поскольку новые фермионы не были обнаружены в прямых экспериментах, то они должны быть тяжелее, чем известные сегодня фермионы. Следовательно, эти фермионы должны взаимодействовать с бозоном Хиггса с большей силой. Эти взаимодействия должны были бы изменить свойства бозона Хиггса так, что его нельзя было бы обнаружить. Таким образом, обнаружение бозона Хиггса исключает существование четвертого семейства фермионов.

«В рамках Стандартной модели количество фермионов теперь жестко установлено», — пояснил проф. Нирсте. Однако остаются несколько интересных вопросов. Свойства недавно открытого бозона Хиггса все еще должны быть определены, и необходимо объяснить, почему во Вселенной материи больше, чем антиматерии.

Базируясь на данных, полученных в CTRN, структура материи может быть изучена более детально

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365