Физики не увидели внутренней структуры кварков

Физики из эксперимента CMS на Большом адронном коллайдере не нашли признаков того, что кварки состоят из еще более мелких частиц. Они проанализировали угловые распределения пар струй в протон-протонных столкновениях при энергии 13 тераэлектронвольт и поставили самые жесткие на сегодня ограничения на ряд сценариев новой физики. Результаты доступны на сайте препринтов arXiv.org, о них сообщает CERN.    

Согласно Стандартной модели, кварки считаются фундаментальными и точечными частицами. Однако когда-то неделимыми считали и атомы, а затем выяснилось, что у них есть внутренняя структура. Поэтому физики продолжают проверять на коллайдерах, существует ли у кварков внутренняя структура. Один из способов сделать это — смотреть, как после столкновений разлетаются рожденные кварками струи частиц: отклонения в угловом распределении могли бы указать на составную природу кварков или другую новую физику.

Физики из эксперимента CMS под руководством Анади Канепа (Anadi Canepa) из Национальной лаборатории Ферми проанализировали данные второго сеанса работы LHC с интегральной светимостью 138 обратных фемтобарн. Они отобрали события с двумя наиболее энергичными струями и изучили нормированные распределения по переменной, определяющей угол их разлета. Ученые исследовали несколько интервалов инвариантной массы системы — от 2,4 тераэлектронвольта до значений выше семи тераэлектронвольт. Для сравнения с данными исследователи использовали предсказания квантовой хромодинамики с учетом электрослабых поправок, а заодно проверили целый набор сценариев за пределами Стандартной модели: контактные взаимодействия кварков, дополнительные измерения, квантовые черные дыры, медиаторы темной материи, аксионоподобные частицы и аномальные глюонные связи.    

Полученные данные в целом согласуются со Стандартной моделью. Авторы увидели лишь небольшие расхождения по форме распределений, но статистическая значимость этих отклонений оказалась недостаточной, чтобы говорить о новой физике. В результате исследователи ограничили существование внутренней структуры кварков на масштабе порядка 10⁻²⁰ метров. Помимо этого, ученые установили ограничения и на другие экзотические сценарии, выходящие за рамки Стандартной модели.

Ранее физики из эксперимента CMS определили массу W-бозона с высокой точностью и не нашли отклонений от предсказания теории.