Физики впервые измерили силу сильного взаимодействия с беспрецедентной точностью

Новый метод вдвое уменьшает неопределённость и увеличивает чувствительность экспериментов на Большом адронном коллайдере к физике, выходящей за рамки Стандартной модели

Физики представили первую прямую оценку параметра αs — константы, которая определяет силу сильного ядерного взаимодействия между кварками и глюонами. Исследование, опубликованное в журнале Nature, предлагает значение с беспрецедентной точностью по сравнению с предыдущими методами и уменьшает ключевые неопределённости, влияющие на интерпретацию столкновений частиц на крупнейших ускорителях.

Параметр αs является основой квантовой хромодинамики (QCD) — теории, описывающей сильное взаимодействие, которое удерживает кварки внутри протонов и нейтронов. Его поведение необычно: на высоких энергиях сила взаимодействия ослабевает (эффект асимптотической свободы), в то время как на низких — наоборот усиливается, что приводит к конфайнменту, то есть невозможности наблюдать свободные кварки.

Как отметил профессор Тринити-колледжа Стефан Синт (Stefan Sint), принимавший участие в исследовании, именно конфайнмент делает точные расчёты особенно трудными. Хотя эксперименты на CERN, включая детекторы ATLAS и CMS, позволяют оценить αs, такие измерения ранее сильно зависели от моделей, касающихся описания удержания кварков.

Новое исследование устраняет эту зависимость: учёные объединили экспериментальные данные низкой энергии с решёточной квантовой хромодинамикой — численным методом, при котором пространство-время дискретизируется в виде сетки, а уравнения QCD решаются непосредственно из первых принципов. Это позволило полностью отказаться от дополнительных феноменологических предположений.

Полученная оценка αs имеет неопределённость примерно вдвое меньшую, чем комбинированная погрешность всех предыдущих измерений. При этом оставшаяся ошибка в основном является статистической и связана с методами Монте-Карло, что делает результат более прозрачным и строго вероятностно интерпретируемым.

Новая константа связывает два ранее разрозненных режима: низкоэнергетическую решётку QCD и высокоэнергетические процессы рассеяния, где традиционные разложения по αs всё ещё актуальны. Это позволяет снизить один из основных источников теоретической неопределённости в анализе протон-протонных столкновений в CERN, увеличивая чувствительность к возможным отклонениям от Стандартной модели.

С практической точки зрения это означает более точные предсказания для событий на Большом адронном коллайдере и усиление способности фиксировать слабые эффекты новой физики, если таковые имеются. Работа устанавливает новый уровень точности в физике частиц и уменьшает один из ключевых ограничивающих факторов в поиске явлений за пределами текущей теоретической модели Вселенной.