Недавно в теоретической физике частиц была обнаружена новая удивительная двойственность. Она существует между двумя типами процессов рассеяния, которые происходят при столкновениях протонов в Большом адронном коллайдере.

По мнению ученых, такая связь указывает на теоретические «пробоины» Стандартной модели физики, которые еще нужно обнаружить. Научная статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
Дуальность в физике

Понятие дуальности встречается в различных областях физики. Наиболее известным примером, вероятно, является дуализм частица-волна в квантовой механике.

Что такое процесс рассеяния элементарных частиц?

Знаменитый эксперимент с двойной щелью показывает, что свет ведет себя как волна, хотя первоначальная гипотеза утверждала о существовании «потока частиц», который можно измерить.

На самом деле, согласно Стандартной модели, свет одновременно является и тем, и другим, и третьим. Все зависит от теоретических «очков», которые надевает исследователь, а также выбранной математической модели. Два способа описания имеют совершенно разную интуитивную идею, но все же — вроде как — говорят об одном и том же.

"То, что мы сейчас обнаружили, - это аналогичная двойственность", - объясняет Маттиас Вильгельм, доцент Международной академии Нильса Бора. - Мы рассчитали предсказание для одного процесса рассеяния и для другого процесса рассеяния".

Как известно, текущие расчеты менее экспериментально осязаемы, чем знаменитый эксперимент с двойной щелью, но между ними существует четкая математическая карта, и она показывает, что оба подхода содержат одну и ту же информацию. Хотя математическую, а значит и физическую связь еще предстоит установить.
Теория и эксперименты

В Большом адронном коллайдере сталкивается множество протонов. Они, в свою очередь, состоят из более мелких частиц - глюонов и кварков.

При столкновении два глюона из разных протонов могут взаимодействовать друг с другом, в результате чего образуются новые частицы, что приводит к появлению замысловатых узоров в детекторах.

Исследователи наносят эти узоры на карту, а теоретическая работа, проводимая после экспериментов, направлена на математическое описание происходящего. Задача физика-теоретика заключается в создании общих формулировок, а также в написании прогнозов, сравнимых с результатами экспериментов.

"Мы рассчитали процесс рассеяния для двух глюонов, взаимодействующих для получения четырех глюонов, а также процесс рассеяния для двух глюонов, взаимодействующих для получения глюона и частицы Хиггса, в слегка упрощенной версии стандартной модели. К нашему удивлению, мы обнаружили, что результаты этих двух расчетов связаны", - утверждаем Вильгельм.

Классический случай дуальности. Ответ на вопрос о том, насколько вероятен один процесс рассеяния, содержит в себе ответ на другой вопрос: насколько вероятен иной процесс рассеяния?

"Странность этой двойственности заключается в том, что мы не знаем, почему существует связь между двумя различными процессами рассеяния. Мы смешиваем два совершенно разных физических свойства двух предсказаний, и мы видим связь, но не знаем, где находится эта связь", - говорит Маттиас Вильгельм.
Принцип двойственности

Согласно современным представлениям, анализируемые явления не должны быть связаны друг с другом. Однако физикам еще предстоит немало работы: нестандартный выбор между «считать» и «экспериментировать» приобретает фундаментальный характер.

Сюрпризы всегда означают, что есть что-то, чего мы не понимаем. После открытия частицы Хиггса в 2012 году не было обнаружено никаких новых, сенсационных частиц.

Сейчас мы надеемся выявить новую физику, делая очень точные предсказания собственных ожиданий, а затем сравниваем их, пытаясь найти отклонения. Так производятся открытия в физике частиц

Нам нужна большая точность, как экспериментальная, так и теоретическая. И более трудные расчеты, соответственно.

Проблема в том, что измерения требуют первоначальной интерпретации: что говорят цифры или узоры на экране монитора? Теоретики могут расписать математически сходящуюся теорию, но именно первоначальная интерпретация задает базовый вектор теоретизирования. Вот в чем вопрос.

Другие интереcные современные новости: