второй гвоздь в гроб Стандартной Модели :)

НАсколько я помню (а я могу ошибаться) в СМ есть место и массе нейтрийно (во всяком случае именно в рамках СМ ее пытались найти) и осциляциям нейтрийно... Кузнец?

СМ утверждает наличие массы у нейтрино. Но не объясняет превращений. А про крышку гроба не надо - еще не умерла Просто болеет немного...

Я пожалуй тоже немного процитирую:
Прежние наблюдения солнечных нейтрино проходили в обычной воде – это была другая реакция, а именно столкновение с электронами обычной воды в японском детекторе СуперКамиоканде в 1999 году. Но если солнечные нейтрино, достигающие Земли, электронного свойства, то потоки этих частиц в японской и канадской установках должны совпадать, а раз этого не происходит, числа не равны, то солнечные нейтрино, по предположению ученых, превращаются то ли в мюонные, то ли в тау-нейтрино. Восторг по поводу последних результатов выразил в интервью Нью-Йорк Таймс Джон Бэхкол, который еще в 1969 вывел плотность потока солнечных нейтрино (30 миллионов частиц в секунду) и все последующие годы страдал от того, что его предсказание не находило подтверждения. Сейчас есть возможность списать недостачу на метаморфозу по-прежнему загадочных частиц.

Чувствуется разница между фактом и предположением?

au>Есть предположение что сильные поля заставляют нейтрино мутрировать. Что теория говорит на этот счёт? Какие ещё могут быть объяснения?

Да ничего не говорит пока. Вообще трудно понять как нейтрино могут друг в друга переходить - там же массы на несколько порядков различаются.

ПС. А вдруг таки они составные?

au>>Есть предположение что сильные поля заставляют нейтрино мутрировать. Что теория говорит на этот счёт? Какие ещё могут быть объяснения?

KUZNETS>Да ничего не говорит пока.

Упс. Звиняйте, погорячился:

---

С другой стороны, нет убедительных доводов, почему нейтрино должно быть безмассовой частицей, поскольку нет соответствующей точной калибровочной симметрии, сохраняющей лептонное число, и тем самым, запрещая нейтрино иметь массу (аналогично, как в электромагнитном взаимодействии U(1) калибровочная симметрия делает фотон безмассовым).

Нейтринные массовые члены, разрешающие DL=2 переходы, появляются естественным образом из перенормируемых взаимодействий в моделях теории великого объединения. При этом для нейтрино предсказывается масса порядка mn=m²/M², где величина m= порядка массы кварков или лептонов и M~MCUT, порядка энергии великого объединения.
Например, для m=O(10)ГэВ и M=O(10¹³)ГэВ получается, что mn=O(10^-2)эВ. Можно ожидать, что такой механизм приводит к смешиванию в пространстве поколений лептонов, т.е. к смешиванию собственных состояний нейтрино разного сорта, и тем самым к осцилляциям нейтрино, когда нейтрино в полете периодически меняет свой сорт.
...

Таким образом, несмотря на сенсационные заявления, сделанные командой SK пару лет назад, ситуация с осцилляциями нейтрино не столь проста. Из анализа только данных по потоку и угловому распределению мюонов из нижней полусферы нельзя сделать определенного вывода о существовании или отсутствии нейтринных осцилляций. Речь может идти только об указании на их существование, каковым служит наблюдаемый на SK дефицит мюонных нейтрино низких энергий из нижней полусферы.
...

В настоящее время имеется ряд вариантов решения проблемы солнечных нейтрино в рамках гипотезы об осцилляциях нейтрино. Однако, ни один из этих вариантов не в состоянии описать весь имеющийся набор экспериментальных данных (поток, спектр и угловое распределение солнечных нейтрино) и, поэтому, не может быть окончательно принят или отвергнут.

---

---

18 июня сообщено о последних результатах по регистрации солнечных нейтрино в эксперименте Садбюри, Канада. Данные, вместе с данными японского эксперимента Супер-Камиоканде представляют сильное свидетельство в пользу осцилляций солнечных нейтрино: значительная часть солнечных электронных нейтрино по пути превращаются в нейтрино другого типа.

Загадка солнечных нейтрино жива более 30 лет: их поток примерно вдвое ниже того, что должны давать термоядерные реакции, поддерживающие светимость Солнца. Нейтринные осцилляции - одна из гипотез издавна привлекавшаяся для объяснения этого парадокса.

Осцилляции - хорошо известный квантомеханический эффект, возникающий, когда есть две частицы с разными массами, которые могут превращаться друг в друга. Чтобы нейтрино могли осциллировать требуется ненулевая масса нейтрино и возможность несохранения лептонного числа. Ни то ни другое пока не подтверждено. Таким образом, открытие нейтринных осцилляций решило бы не только загадку солнечных нейтрино, но и многое дало бы для теории частиц. Поэтому в последнее время нейтринные осцилляции ищут несколькими разными методами.

Установка в Садбюри - один из подземных монстров, каковыми являются нейтринные обсерватории конца века. Расположена в шахте на глубине двух с чем-то километров (6100 м водного эквивалента). Основной детектор - 1000 т. сверхчистой тяжелой воды, D2O, заключенные в сферический сосуд из акрила диаметром 12 м. Эта сфера помещена в бочковидный резервуар со сверхчистой обычной водой высотой 34 м и диаметром 22 м. Тяжеловодная сфера просматривается 9456 фотоумножителями, регистрирующими черенковское излучение частиц.

В эксперименте регистрировались электроны от двух каналов взаимодействия нейтрино:

Электронное нейтрино + дейтрон — протон + протон + электрон

и упругое рассеяние нейтрино на электроне. В первом случае (заряженный ток) нейтрино может быть только электронным, во втором случае (нейтральный ток) - любым.

Оказалось, что поток электронных нейтрино, дающих заряженный ток меньше, чем поток нейтрино, дающих упругое рассеяние на электроне. Если привлечь данные Супер-Камиоканде по упругому рассеянию, которые имеют близкий порог и меньшую ошибку, то разница в потоке с данными Садбюри по заряженному току составит 3 сигма (На Супер-Камиоканде заряженный ток измеряться не может из-за того, что там обычная вода, без дейтерия). Это вполне значимый результат. Вывод: в потоке от Солнца присутствуют разные типы нейтрино в то время, как в Солнце рождаются только электронные нейтрино. Т.е. электронные нейтрино превращаются по пути в мюонные и тау нейтрино. Чтобы объясинть рассогласование в реакции с заряженным током и рассеянием нужно предположить, что нейтрино всех типов, электронных, мюонных и тау в потоке примерно поровну. Это соответствует полному смешиванию (максимальный угол смешивания) нейтрино: стартуя как электронное из-за многократных переходов нейтрино равномерно перераспределяются между тремя разными типами.

Данные относятся к самым жестким нейтрино борного цикла. В случае полного смешивания, поток борных нейтрино примерно соответствует теоретическим оценкам, и похоже, парадокс дефицита солнечных нейтрино исчезает.

Однако, несмотря на несомненный прогресс в проблеме солнечных нейтрино, который дают эти данные, окончательные выводы делать рано. Во-первых, точность недостаточна для уверенных оценок. Во-вторых, борный цикл не является основным источником солнечной энергии, нужны оценки того, как скажутся осцилляции на нейтрино основного протонного цикла и насколько это соответствует данным по мягким нейтрино, регистрируемым в галлий-германиевых экспериментах. В третьих, есть альтернативное объяснение дефицита нейтрино - переворот спина частиц в магнитном поле.

Видимо в ближайшее время последует волна теоретических работ, где эти вопросы будут тщательно рассмотрены.

---

Scientific.ru — Междисциплинарный научный сервер

Например, Стандартная модель, если на нее внимательно посмотреть, уродлива. Там огромное количество констант, разбросанных не пойми как. У электрона масса — пол-МэВ, а у t-кварка — 172 ГэВ, разница почти на шесть порядков! При этом механизм, которым они приобретают массы, — один и тот же, так с какого перепоя он дает массы, отличающиеся на шесть порядков?

— Но, может быть, опять логарифмический масштаб работает?

— Нет, в Стандартной модели нет ничего подобного. Это просто числа, как будто кости выпали таким образом. Это свободные параметры, и они крайне идиотские — ничем не объясняются. Поэтому Стандартная модель совсем не такая красивая, как кажется. Она красивая на бумажке, а когда дело доходит до параметров, то они самые кривые. Кстати, и эта картинка с бегущими константами, указывающими на Великое объединение, плохо объясняет, почему массы именно такие. Поэтому вовсе не обязательно думать, что теория Вселенной любит красоту. И есть экстремистские точки зрения, что красоту вообще не надо искать — садись и считай! Надо добавить всего три новые частицы, чтобы объяснить массу нейтрино, темную материю, барионную асимметрию, и на этом закончить. Такой подход развивают Михаил Шапошников и его коллеги. И пожалуйста, можно инфляцию сделать на этом и всё, что требуется для описания нашего мира.

 

— Но ведь существует возможность, что вакуум может провалиться в минус и в рамках Стандартной модели.

— Есть такая история. Дело в том, что если рисовать эффективный потенциал для поля Хиггса, т. е. плотность энергии в зависимости от значения хиггсовского поля, то получится такая картинка. Сначала потенциал идет вниз, доходит до нуля и поднимается вверх, как φ4. Это есть во всех учебниках. Система любит «сидеть» в минимуме потенциальной энергии, вот она и «сидит» в этой точке, где значение поля примерно 250 ГэВ, а плотность энергии — почти нулевая. Если думать так, как думали в 1967 году, то на этом дело заканчивается. Но оказывается, что есть квантовые поправки к эффективному потенциалу, которые вообще-то этот эффективный потенциал загибают вниз. И этот загиб очень сильно зависит от масс имеющихся частиц, он обеспечивается в основном t-кварком, самой тяжелой частицей — у него самая большая константа взаимодействия с хиггсовским полем. Если бы топ-кварк был в четыре раза легче, ничего такого не было бы. Происходит загиб вниз, и выясняется, что загиб такой сильный, что где-то там плотность энергии еще меньше, чем в нашем вакууме. Но это еще вопрос, это не точно — всё зависит от точного значения массы t-кварка, причем зависит очень сильно. Сейчас точности измерения масс t-кварка, а также W-бозона недостаточно, чтобы сказать, находится эта точка пересечения с нулем до планковской массы или после. Если до и ничего нового посередине нет, то вычислениям в рамках Стандартной модели можно доверять, и где-то в районе 1012 ГэВ имеется пересечение с нулем, и где-то еще дальше есть настоящий вакуум. А может быть, его и нет, и потенциал вообще уходит в минус бесконечность (рис. 3).

346-0004.png @ i0.wp.com [кеш]

— Тогда вопрос, почему наш вакуум не гикнулся, когда температура была выше 1012 ГэВ?

— А вот это есть проблема для инфляции. Когда температура выше 1012 ГэВ, поле попадает в область очень больших значений справа и может скатиться вниз. Вот вопрос: как температура разогрева после инфляции оказалась ниже? Правда, тут нельзя точно сказать — эта точка 1012 или 1014 ГэВ, и даже 1019 может оказаться. Поэтому, если такая картина верна, что сейчас на грани, то инфляция должна приводить к перегреву при довольно низких температурах.

— Дикий вопрос. А не может ли оказаться так, что глобальная энергия вакуума положительно определена?

— Оснований для этого не видно. Но и оснований для волнений нет. Если уж мы сели в этот минимум, то тут и останемся. Конечно, со временем возможен туннельный переход в отрицательные значения энергии, поле Хиггса станет гигантским, всё разрушится, но время это колоссальное. Время жизни вакуума в нашем минимуме экспоненциально большое, несравненно больше времени жизни Вселенной.

— А если есть более тяжелые частицы, чем t-кварк, до которых пока не дотянулись?

— Важно, каким образом получила массу эта предполагаемая частица. Все наши получают массу из-за взаимодействия с бозоном Хиггса. Сегодня мы знаем, правда, с оговорками, что более тяжелых частиц, получающих массу за счет взаимодействия с хиггсовским полем, нет. Могут быть более тяжелые частицы, чья масса образована другим способом, но тогда они не дают вклада в этот загиб потенциала.

 

Коллаборация CDF опубликовала статью, в которой утверждают, что измеренная ими масса W-бозона отличается на 7 сигм от СМ. Интресно, это уже Новая Физика или неучтенная систематическая погрешность?
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk1781https://nplus1.ru/news/2022/04/07/7sigma-W-boson

http://trv-science.ru/2022/01/perspektivy-fiziki-chastic/http://trv-science.ru/2022/11/za-predelami-standartnoj-modeli/

Мы продолжим беседу, которую начали с Валерием Рубаковым в январе этого года1. Речь шла о Стандартной модели фундаментальных взаимодействий: она объясняет не всё, есть какие-то «висячие концы». Ее нужно дополнять, и сейчас мы поговорим о том, как это можно сделать.

 

Если перейти к другим частицам и явлениям, то тут ситуация вовсе не такая пресная, как в случае бозона Хиггса. Напомним, что после первого сезона работы коллайдера обнаружился целый список очень любопытных отклонений от предсказаний Стандартной модели, которые вызвали у теоретиков настоящий ажиотаж. Тогда казалось, что чуть-чуть поднажать — и перед нами откроется новый уровень описания микромира. Однако второй сеанс коллайдера расставил всё по своим местам, безоговорочно закрыв большинство отклонений. Из всего списка остались лишь загадочные аномалии в распадах B-мезонов. А точнее, не просто остались, но и окрепли; и многие физики сейчас считают эти отклонения главной заявкой коллайдера на открытие Новой физики.

Одно из них касается распадов B-мезонов на D-мезоны и тау-лептон со своим нейтрино, а также на тот же D-мезон плюс мюон со своим нейтрино. Поделив вероятности этих двух распадов друг на друга, можно получить отношение, обозначаемое R(D), которое с высокой точностью предсказывается теоретически. Кроме того, можно изучать и другую пару распадов, при которых в конце появляется возбужденный аналог D-мезона — частица D*. В этом случае отношение обозначается R(D*).

Начиная с 2012 года эксперименты BaBar и Belle на электрон-позитронных коллайдерах, к удивлению многих, начали показывать очень существенные отличия от предсказаний Стандартной модели. По результатам измерений отношения R(D) и R(D*) оказались существенно больше, чем предсказывала теория. На рис. 5 показана совокупная картина измерений этих величин. Можно заметить, что эллипсы, отвечающие каждому эксперименту, лежат в стороне от предсказаний Стандартной модели (черная точка с погрешностями).

 

lhc_in_2022_5_1400.jpg @ elementy.ru [кеш]

2015 году к расследованию этой загадки подключился и LHC, а конкретно — детектор LHCb, специально сконструированный для изучения B-мезонов. В силу особенностей анализа, этому детектору удавалось до сих пор измерить только одну из двух величин — R(D*). Из-за этого результат LHCb был долгое время представлен на этом графике полосой, а не эллипсом. К тому же, из-за больших погрешностей, результаты LHCb не противоречили ни Стандартной модели, ни измерениям BaBar и Belle.

В 2022 году коллаборация LHCb впервые сумела измерить одновременно оба отношения R(D) и R(D*) и добавить к этому графику полноценный эллипс. Оказалось, несмотря на погрешности, что он все-таки заметно отклоняется от Стандартной модели, причем в ту же сторону, что и данные BaBar и Belle. Сообщение об этой работе появилось в октябре, результат был представлен на конференциях, и сейчас коллаборация LHCb готовит к публикации полноценную статью по этим данным. Рабочая группа HFLAV, которая уже много лет занимается объединением таких измерений, включила этот предварительный результат в свой апдейт. Как видно, расхождение между теорией и объединенными данными (красный эллипс на рис. 5) существенное и достигает 3,3 сигма.

Сейчас и LHCb, и Belle набирают новые порции данных, что позволит существенно уменьшить погрешности. В ближайшие годы совершенно определенно можно ожидать важные новости на этом фронте. Если расхождение окрепнет до 5 стандартных отклонений в каждом отдельном эксперименте, появятся все основания заявить о настоящем открытии Новой физики.

 

- ВОЛНУЙСЯ ЗПТ ПОДРОБНОСТИ ПИСЬМОМ ТЧК

"Учёный изнасиловал журналиста", но чтоб не забыть

https://elementy.ru/novosti_nauki/...

---

...

Однако и СМ, при всем своем великолепии, всё же не всесильна и не беспроблемна. Первый пункт можно проиллюстрировать хотя бы тем, что она ровно ничего не может сказать о частицах темной материи, чья общая масса (точнее, масса-энергия) в наблюдаемой Вселенной в пять с лишним раз превышает массу обычного (то есть барионного) вещества. Что до второго пункта, то СМ содержит слишком много численных параметров, чьи значения не выводятся из ее уравнений и определяются только из экспериментов (поэтому такие параметры называются свободными). В первом варианте СМ предполагалось, что все нейтрино имеют нулевую массу, и тогда общее число этих параметров равнялось девятнадцати. Когда были открыты осцилляции нейтрино и эти частицы автоматически лишились статуса безмассовости, в СМ пришлось ввести еще семь параметров. Девятнадцать плюс семь равняется двадцати шести — явно многовато.

Но и это не всё. Численные значения этих параметров уж слишком разнятся между собой. Например, среди них массы трех лептонов, электрона, мюона и тау-частицы. Мюон приблизительно в 200 раз тяжелее электрона, а тау двадцатикратно массивней мюона. То же самое и с кварками: там диапазон масс варьирует от 2,3 МэВ у u-кварка до 173 210 МэВ у t-кварка. Другой пример: один из свободных параметров характеризует степень нарушения СР-симметрии. Его численная величина точно не определена, не известен даже ее знак, плюс или минус, но, как показывают эксперименты, по модулю она не превышает 10?10. Очень близко к нулю, но всё же не нуль — это непонятно и опять-таки подозрительно.

Загадка свободных параметров имеет как минимум два решения (на самом деле их больше, но остальные менее естественны). Во-первых, можно допустить, что все они, или, по крайней мере, большинство, представляют собой чисто случайные следствия каких-то глубинных законов природы и/или конкретной истории нашей Вселенной. В таком случае проблема их объяснения вообще не возникает — достаточно покачать головой и сказать, что так уж устроен мир. Правда, вера в чистую случайность плохо согласуется с основными устремлениями науки и как-то принижает веру в ее возможности, но логически она непротиворечива.

Однако есть и альтернативная интерпретация. Она состоит в том, что значения этих параметров диктуются еще неоткрытыми симметриями пространства-времени и заполняющих его физических полей. Как известно, геометрический порядок пространственно-временного континуума задается неоднородной группой Лоренца (она же группа Пуанкаре), которая включает все глобальные симметрии, совместимые со специальной теорией относительности (иначе говоря, симметрии пространства Минковского). Есть серьезные основания считать, что группа Пуанкаре выражает самые фундаментальные свойства этого континуума и потому не нуждается в модификации. В то же время Стандартная модель основана на комбинации (конкретно, произведении) непрерывных групп SU(3), SU(2) и U(1), которые не выглядят столь же обязательными. Можно предположить, что они окажутся подгруппами каких-то других групп, на основе которой можно будет найти эффективные обобщения Стандартной модели.

Эта идея так же стара, как и сама Стандартная модель. В 1974 году Говард Джорджи и Шелдон Глэшоу предложили объединить все три фундаментальных взаимодействия на базе группы квадратных матриц пятого порядка с комплексными элементами — разумеется, название ей SU(5). Это минимальная группа Ли, имеющая группы SU(3), SU(2) и U(1) в качестве подгрупп (H. Georgi, S. Glashow, 1974. Unity of all elementary-particle forces). В том же году Джогеш Пати (Jogesh Pati) и Абдус Салам предложили аналогичную модель, основанную на произведении трех групп SU(4)?SU(2)L?SU(2)R (J. Pati, A. Salam, 1974. Lepton number as the forth «color»). Потом было немало других попыток этого рода.

Различные математические конструкции с группами Ли, нацеленные на выход за пределы Стандартной модели, получили общее название теорий Великого объединения (Grand Unified Theories, GUT). Комментировать их я не буду, это особая и очень непростая тема. Скажу только, что они дали немало любопытных результатов, но основную проблему не решили. Так, модель Джорджи и Глэшоу впервые позволила строго доказать, что заряд электрона по абсолютной величине в точности равен заряду протона. Далее, ей удалось объединить в теоретико-групповом смысле сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия, представив их в качестве своего рода потомков единого квантового поля. Предполагается, что это поле в своем первозданном виде могло существовать только при очень высоких энергиях (не менее 1015–1016 ГэВ), которые характерны для самого раннего этапа эволюции Вселенной. Затем при расширении и охлаждении космического пространства оно претерпело расслоение на сильное и электрослабое взаимодействие, которое произошло из-за спонтанного нарушения симметрии. Модель Джорджи и Глэшоу также предсказала существование двух бозонов с массами того же порядка, которые, естественно, тоже не пережили младенчества Вселенной. Эти бозоны играют очень важную роль: они могут «переделывать» лептоны в кварки, а кварки — в лептоны. Наконец, она утверждала, что протон может прожить около 1032 лет, но потом обязан распасться на позитрон и нейтральный пион (кстати, при непременном участии именно этих бозонов).

Однако это объединение было достигнуто слишком высокой ценой. Например, в модели Джорджи и Глэшоу отсутствовал u-кварк, который пришлось вводить вручную. С другой стороны, там появилось аж пятнадцать левовинтовых частиц, у которых спин всегда направлен противоположно моменту. Экспериментаторам известна только одна такая частица — как уже говорилось, это нейтрино (конечно, есть еще правовинтовое антинейтрино). Наконец, определенная в эксперименте нижняя граница времени жизни протона приближается к 1034 годам, так что и в этом отношении модель Джорджи и Глэшоу неверна — по крайней мере, в ее оригинальной версии.

Специалисты по теории элементарных частиц не были бы достойны своей зарплаты, если бы не умели устранять слабости конкретных моделей Великого объединения. Например, если вместо SU(5) использовать группу вращений действительного (в смысле, некомплексного) десятимерного пространства SO(10), время жизни протона можно поднять до 1034–1035 лет (H. Kolesova, M. Malinsky, 2014. Proton lifetime in the minimal SO(10) GUT and its implications for the LHC). Это делает честь их изобретательности, но генеральную проблему конструктивного выхода за границы СМ опять-таки не решает.

...


Теперь можно подбить итоги.

Стандартная модель элементарных частиц, великолепное творение Марри Гелл-Мана, Шелдона Глэшоу, Стивена Вайнберга, Абдуса Салама и целой плеяды других блестящих ученых, имеет свою область применимости, очерченную определенными границами. СМ прекрасно описывает взаимодействия между кварками и лептонами на дистанциях порядка 10?17 метра (1% диаметра протона), которые можно изучать на современных ускорителях. Однако она буксует уже на расстояниях в 10?18 метра и тем более не обеспечивает продвижения к планковскому масштабу, величине размерности длины, которую можно скомпоновать из трех фундаментальных констант нашего мира — постоянной тяготения, скорости света и постоянной Планка. Ее численное значение равно приблизительно 1,6162?10?35 метра.

---