Сайт переехал physreal.com

Расчет процессов рождения и последующего распада новых тяжелых частиц, которые ожидаются на LHC, будет гораздо более трудоемким, чем ожидалось ранее (изображение с сайта www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp)

Среди известных на сегодня сотен элементарных частиц лишь несколько (протон, электрон, три сорта нейтрино, фотон) являются стабильными. Все остальные частицы короткоживущие: они рождаются в высокоэнергетических столкновениях, существуют в течение небольшого времени, а затем распадаются (иногда в несколько этапов) на стабильные частицы.

Когда физики рассчитывают процессы рождения и распада нестабильных частиц, то они обычно используют упрощенный подход. Вначале они вычисляют вероятность рождения частицы так, словно та абсолютно стабильна, и лишь затем, отдельно, вычисляют вероятность ее распада в тот или иной конечный набор стабильных частиц. Иными словами, обычно рождение частицы и ее распад рассчитываются независимо.

Такой подход, с одной стороны, резко упрощает вычисления и позволяет изучить довольно сложные процессы, а с другой стороны, является очень точным приближением в тех случаях, когда типичное время жизни частицы намного превышает время реакции, в которой она рождается. Почти все частицы, исследовавшиеся до сих пор, этим свойством обладали; случаи же, когда рождение и распад частицы перестают быть независимыми, оставались редкими исключениями.

Похоже, однако, что такому положению дел приходит конец. В статье американских и немецких физиков, вышедшей на днях в журнале Physical Review Letters, утверждается, что для процессов рождения и распада новых частиц на коллайдере LHC такой упрощенный подход окажется неприменимым. В результате сложность теоретических расчетов многократно возрастет.

Физики ожидают, что на Большом адронном коллайдере (LHC), вступающем в строй в следующем году, будут в изобилии рождаться и быстро распадаться новые тяжелые частицы. Сравнивая результаты эксперимента с вычислениями теоретиков, физики смогут определить свойства этих частиц и благодаря им — восстановить новые, неведомые ранее аспекты устройства нашего мира. А для этого нужно будет с высокой точностью вычислить вероятности как рождения, так и того или иного канала распада всех тяжелых частиц, которые будут открыты на LHC.

Однако вычисления, проделанные авторами статьи, показывают, что во многих случаях картина распада этих частиц будет зависеть от того, как именно они родились. В этих условиях обычный упрощенный подход может дать сбой и привести к большой ошибке в расчетах. Самое важное, что эти сбои будут наблюдаться не в отдельных случаях, а регулярно. Вычисления показывают, что особенно сильно приближенный подход будет нарушаться в том случае, если окажется, что несколько новых частиц имеют близкие значения масс — а некоторые теории как раз предсказывают такую ситуацию.

Этот вывод означает, что для правильной «расшифровки» будущих результатов LHC потребуется систематически придерживаться более точного, но и гораздо более трудоемкого способа расчетов. Смогут ли физики-теоретики справиться с этой задачей — покажет время. Впрочем, они уже давно отдают себе отчет в том, что вычисления для LHC будут сложными, и даже организуют большие коллаборации в преддверие запуска коллайдера (подробности см. в заметке Физики-теоретики сбиваются в стаи).

Источник: D. Berdine, N. Kauer, D. Rainwater. Breakdown of the Narrow Width Approximation for New Physics // Physical Review Letters, 99, 111601 (13 September 2007); препринт статьи доступен как hep-ph/0703058.