Учёные выявили новый эффект тензорных мезонов, способный повлиять на современную физику частиц

Квантовая физика допускает взаимодействие света со светом

В классической электродинамике световые лучи проходят друг через друга без взаимодействия. Однако квантовая физика описывает редкий процесс, известный как рассеяние света на свете, при котором фотоны способны взаимодействовать через кратковременное появление виртуальных частиц.

Эти частицы возникают на очень короткое время и затем исчезают, но способны влиять на наблюдаемые физические процессы.

Исследователь TU Wien Йонас Магер пояснил:

«Хотя виртуальные частицы невозможно наблюдать напрямую, они оказывают измеримое влияние на другие частицы. Если требуется точно рассчитать поведение реальных частиц, необходимо корректно учитывать все возможные виртуальные частицы. Именно это делает задачу столь сложной и одновременно интересной».

Тензорные мезоны оказались недооценены

Команда TU Wien пришла к выводу, что один из типов мезонов — тензорные мезоны — ранее учитывался в расчётах недостаточно точно.

По словам Магера:

«Теперь нам удалось показать, что один из таких объектов — тензорные мезоны — был существенно недооценён. Через эффект рассеяния света на свете они влияют на магнитные свойства мюонов, которые используются для крайне точной проверки Стандартной модели физики частиц».

Авторы исследования отмечают, что прежние вычисления описывали вклад тензорных мезонов слишком упрощённо. Новые результаты показывают, что их влияние не только сильнее ожидаемого, но и имеет противоположный знак по сравнению с прежними предположениями.

Как это связано со Стандартной моделью

Стандартная модель остаётся основной теорией физики элементарных частиц. Она описывает фундаментальные частицы материи и их взаимодействия через электромагнитное, слабое и сильное ядерные взаимодействия. В модель входят кварки, лептоны, бозоны-переносчики взаимодействий и бозон Хиггса.

При этом теория не даёт полного объяснения гравитации, тёмной материи и тёмной энергии.

Одним из важнейших инструментов проверки Стандартной модели считается аномальный магнитный момент мюона. Мюон представляет собой фундаментальную частицу, похожую на электрон, но примерно в 207 раз тяжелее и крайне нестабильную. Такие частицы возникают при столкновении космических лучей с атмосферой Земли и распадаются за микросекунды.

Новые расчёты помогают устранить расхождения

Для вычисления магнитного момента мюона необходимо учитывать все возможные вклады адронного рассеяния света на свете. Здесь важную роль играют ограничения квантовой хромодинамики на малых расстояниях.

Предыдущие модели лишь частично соответствовали этим ограничениям.

Исследование TU Wien показывает, что тензорные мезоны способны закрыть часть существующего пробела. В рамках голографической квантовой хромодинамики бесконечная последовательность их возбуждённых состояний вносит вклад в симметричное продольное ограничение на малых расстояниях.

Численные расчёты показали:

• значительный положительный вклад возникает в низкоэнергетической области ниже 1,5 ГэВ;
• меньший вклад наблюдается в смешанной области;
• на высоких энергиях влияние практически отсутствует.

Авторы считают, что это может объяснить оставшееся расхождение между дисперсионными и решёточными расчётами полного адронного вклада в рассеяние света на свете.

Что такое тензорные мезоны

Мезон — это составная субатомная частица, состоящая из кварка и антикварка, связанных сильным ядерным взаимодействием. К мезонам относятся, например, пионы и каоны.

Тензорные мезоны отличаются квантовым состоянием со спином 2, которое математически описывается симметричным тензором второго ранга. По сравнению с обычными скалярными или векторными мезонами они обладают более сложными свойствами углового момента и играют важную роль в расчётах квантовой хромодинамики и светового рассеяния.

Исследователи использовали методы голографической КХД

Антон Ребхан из TU Wien рассказал, что в исследовании тензорные мезоны сопоставлялись с пятимерными гравитонами:

«Тензорные мезоны можно отобразить на пятимерные гравитоны, для которых теория гравитации Эйнштейна даёт чёткие предсказания. Сейчас у нас есть компьютерное моделирование и аналитические результаты, хорошо согласующиеся друг с другом, но отличающиеся от некоторых прежних предположений. Мы надеемся, что это также станет новым стимулом для ускорения уже запланированных специализированных экспериментов с тензорными мезонами».

По мнению авторов работы, новые данные помогут сократить неопределённости в расчётах магнитного момента мюона и усилят проверку того, является ли Стандартная модель полной теорией или за её пределами существует новая физика.