Аномалия бериллия-8
Ссылка на статьи по теме:
Бериллиоз
Вместо солнца скажи "Осанна"
Вместо солнца скажи "Осанна" 2 часть
Бериллий в экспериментах по поиску 5 силы природы
Частица X17 - пятый элемент?
Продолжим исследования бериллия.
7 апреля 2015 года группа венгерских физиков из Института ядерных исследований Венгерской академии наук (ATOMKI[en]) под руководством профессора Аттилы Краснахоркаи (Attila Krasznahorkay) опубликовала на сайте препринтов arXiv.org статью под названием «Наблюдение аномального образования внутренней пары в 8Be: возможная сигнатура лёгкого нейтрального бозона»[4][5], которую 26 января 2016 года переопубликовал один из самых престижных физических журналов Американского физического общества Physical Review Letters[6][1][7][5].
В статье предполагалось существование новой гипотетической субатомной частицы - лёгкого нейтрального изоскалярного[en] бозона массой 16,70±0,35(стат.[8])±0,5(сист.[9]) МэВ[1], что в 32,7 раза больше массы электрона[5], в 56 раз меньше массы протона[10], и в 7500 раз меньше массы бозона Хиггса[11]. В честь округлённой массы частицы в 17 МэВ частица была названа Х17[12][11][13].
Краснахоркаи с коллегами решили повторно исследовать аномалии при создании внутренних пар изовекторных[en] (17,6 МэВ) и изоскалярных (18,15 МэВ) M1-переходов в метастабильном[14] бериллии-8, наблюдавшиеся в 1996-2013 годах разными группами физиков[1]. Исследование изовекторных переходов не показало каких-либо примечательных аномалий, однако в ходе изучения изоскалярных (18,15 МэВ) переходов аномалии были установлены[1].
В ходе проведения в 2013-2015 годах эксперимента по поиску тёмных фотонов - аналога фотонов для тёмной материи, венгерские учёные на расположенном в Дебрецене ускорителе Ван де Граафа производили бомбардировку протонами мишени из стабильного изотопа лития-7 (в составе супероксида лития (LiO2)[en] и вещества LiF2, нанесённых на алюминиевую подложку), вследствие чего, после радиационного захвата протона ядром лития-7, образовывались нестабильные ядра бериллия-8, быстро (с периодом полураспада 6,7(17)⋅10−17 с) переходящие в основное состояние (распад на два атома гелия-4) с излучением фотона[1][7][15][16]. Однако, на каждую тысячу таких излучаемых фотонов может приходиться один случай превращения гамма-кванта внутри ядра бериллия в пару частиц материи и антиматерии - электрона и позитрона, которые могут разлетаться под разными углами[16].
Стандартная модель предсказывает, что при увеличении угла разлёта между электроном и позитроном вероятность образования пар таких частиц должна уменьшаться[1][17][18][15][16]. Однако, вопреки теории, в эксперименте обнаружилось аномальное увеличение числа электрон-позитронных пар при угле разлёта около 140°, что может свидетельствовать о возможном участии в распаде ранее неизвестной частицы, подчиняющейся законам физики за пределами Стандартной модели[1][7][5][16].
Для проверки того, может ли измеренная аномалия быть связанной с влиянием на угловую корреляцию электрон-позитронных пар анизотропного углового распределения гамма-лучей со смешанной мультиполярностью, венгерские учёные провели измерения при различных энергиях бомбардировки, результаты чего в статье были приведены на графике (графики «a», «b», «c», «d»)[1].
Бомабардировка была проведена с энергиями протонов (Ep) в 1,20 МэВ («a»), 1,10 МэВ («b»), 1,04 Мэв («c»), 0,80 МэВ («d»), а также в 1,15 МэВ[1]. Аномалии при угле разлёта электронов и позитронов в районе 140° были отмечены (в порядке убывания степени аномалии) при энергиях протонов: 1,10 МэВ («b») (max), 1,04 Мэв («c») и 1,15 МэВ (аномалия при 1,15 МэВ не показана на графике, но прокомментирована в статье - составила около 60 % от аномалии, наблюдаемой при 1,04 МэВ («c»))[1], тогда как при самой минимальной (0,80 МэВ («d»)) и самой максимальной (1,20 МэВ («a»)) энергиях протонов, использовавшихся в эксперименте, такие аномалии не наблюдались, что впоследствии было отдельно критически прокомментировано рядом учёных[⇨][16][10].
Аномалия при Ep=1,10 МэВ (max) и угле разлёта около 140° имеет статистическую значимость в 6,8 σ (сигма)[1] (где обычно считается, что для объявления об открытии достаточно статистической значимости более 5 σ (сигма)[19]), что соответствует вероятности флуктуации фона в 5,6{\displaystyle \cdot }\cdot 10-12 (или, иначе, вероятность случайности аномалии составляет один шанс на 200 миллиардов[20]).
В аннотации к статье было отмечено, что подобная аномалия может быть связана как с возможным наличием неизвестной частицы, так и с интерференционными эффектами ядерной реакции. В то же время, далее венгерские учёные указали, что поскольку зависимая от энергии протонного пучка форма измеренного отклонения отличается от формы прямой или обратной асимметрии, то маловероятно, что причиной аномалии является влияние каких-либо помех. Кроме того, аномалия не может быть объяснена фоном, связанным с гамма-излучением (поскольку не наблюдается никакого эффекта в условиях отсутствия резонанса, когда фон гамма-излучения почти одинаков), либо иметь происхождение, связанное с ядерной физикой. Систематическая ошибка в ±0,5 МэВ в массе частицы объясняется нестабильностью положения луча на мишени и неопределенностями в калибровке и позиционировании детекторов[1].
Впоследствии Чжан и Миллер исследовали возможность объяснить аномалию в контексте ядерной физики, для чего исследовали формфактор ядерного перехода как возможную причину аномалии, и обнаружили, что требуемый формфактор нереалистичен для ядра 8Be[2].
По мнению учёных, частица Х17 может быть возможным кандидатом на роль лёгкого U(1)d-калибровочного бозона, или лёгкого посредника в сценарии с изолированной тёмной материей - вимпа, либо векторной или аксиальной векторной тёмной Z(Zd)-частицы, предлагавшейся для объяснения аномального магнитного момента мюона (aμ) (с учётом того, что тёмные фотоны рядом проведённых экспериментов были в значительной мере исключены из возможных причин аномального магнитного момента мюона)[1][7][20], где эксперименты по поиску частицы Х17 могут дать ключ к пониманию физики вне пределов Стандартной модели[11].
Бериллиоз
Вместо солнца скажи "Осанна"
Вместо солнца скажи "Осанна" 2 часть
Бериллий в экспериментах по поиску 5 силы природы
Частица X17 - пятый элемент?
Продолжим исследования бериллия.
7 апреля 2015 года группа венгерских физиков из Института ядерных исследований Венгерской академии наук (ATOMKI[en]) под руководством профессора Аттилы Краснахоркаи (Attila Krasznahorkay) опубликовала на сайте препринтов arXiv.org статью под названием «Наблюдение аномального образования внутренней пары в 8Be: возможная сигнатура лёгкого нейтрального бозона»[4][5], которую 26 января 2016 года переопубликовал один из самых престижных физических журналов Американского физического общества Physical Review Letters[6][1][7][5].
В статье предполагалось существование новой гипотетической субатомной частицы - лёгкого нейтрального изоскалярного[en] бозона массой 16,70±0,35(стат.[8])±0,5(сист.[9]) МэВ[1], что в 32,7 раза больше массы электрона[5], в 56 раз меньше массы протона[10], и в 7500 раз меньше массы бозона Хиггса[11]. В честь округлённой массы частицы в 17 МэВ частица была названа Х17[12][11][13].
Краснахоркаи с коллегами решили повторно исследовать аномалии при создании внутренних пар изовекторных[en] (17,6 МэВ) и изоскалярных (18,15 МэВ) M1-переходов в метастабильном[14] бериллии-8, наблюдавшиеся в 1996-2013 годах разными группами физиков[1]. Исследование изовекторных переходов не показало каких-либо примечательных аномалий, однако в ходе изучения изоскалярных (18,15 МэВ) переходов аномалии были установлены[1].
В ходе проведения в 2013-2015 годах эксперимента по поиску тёмных фотонов - аналога фотонов для тёмной материи, венгерские учёные на расположенном в Дебрецене ускорителе Ван де Граафа производили бомбардировку протонами мишени из стабильного изотопа лития-7 (в составе супероксида лития (LiO2)[en] и вещества LiF2, нанесённых на алюминиевую подложку), вследствие чего, после радиационного захвата протона ядром лития-7, образовывались нестабильные ядра бериллия-8, быстро (с периодом полураспада 6,7(17)⋅10−17 с) переходящие в основное состояние (распад на два атома гелия-4) с излучением фотона[1][7][15][16]. Однако, на каждую тысячу таких излучаемых фотонов может приходиться один случай превращения гамма-кванта внутри ядра бериллия в пару частиц материи и антиматерии - электрона и позитрона, которые могут разлетаться под разными углами[16].
Стандартная модель предсказывает, что при увеличении угла разлёта между электроном и позитроном вероятность образования пар таких частиц должна уменьшаться[1][17][18][15][16]. Однако, вопреки теории, в эксперименте обнаружилось аномальное увеличение числа электрон-позитронных пар при угле разлёта около 140°, что может свидетельствовать о возможном участии в распаде ранее неизвестной частицы, подчиняющейся законам физики за пределами Стандартной модели[1][7][5][16].
Для проверки того, может ли измеренная аномалия быть связанной с влиянием на угловую корреляцию электрон-позитронных пар анизотропного углового распределения гамма-лучей со смешанной мультиполярностью, венгерские учёные провели измерения при различных энергиях бомбардировки, результаты чего в статье были приведены на графике (графики «a», «b», «c», «d»)[1].
Бомабардировка была проведена с энергиями протонов (Ep) в 1,20 МэВ («a»), 1,10 МэВ («b»), 1,04 Мэв («c»), 0,80 МэВ («d»), а также в 1,15 МэВ[1]. Аномалии при угле разлёта электронов и позитронов в районе 140° были отмечены (в порядке убывания степени аномалии) при энергиях протонов: 1,10 МэВ («b») (max), 1,04 Мэв («c») и 1,15 МэВ (аномалия при 1,15 МэВ не показана на графике, но прокомментирована в статье - составила около 60 % от аномалии, наблюдаемой при 1,04 МэВ («c»))[1], тогда как при самой минимальной (0,80 МэВ («d»)) и самой максимальной (1,20 МэВ («a»)) энергиях протонов, использовавшихся в эксперименте, такие аномалии не наблюдались, что впоследствии было отдельно критически прокомментировано рядом учёных[⇨][16][10].
Аномалия при Ep=1,10 МэВ (max) и угле разлёта около 140° имеет статистическую значимость в 6,8 σ (сигма)[1] (где обычно считается, что для объявления об открытии достаточно статистической значимости более 5 σ (сигма)[19]), что соответствует вероятности флуктуации фона в 5,6{\displaystyle \cdot }\cdot 10-12 (или, иначе, вероятность случайности аномалии составляет один шанс на 200 миллиардов[20]).
В аннотации к статье было отмечено, что подобная аномалия может быть связана как с возможным наличием неизвестной частицы, так и с интерференционными эффектами ядерной реакции. В то же время, далее венгерские учёные указали, что поскольку зависимая от энергии протонного пучка форма измеренного отклонения отличается от формы прямой или обратной асимметрии, то маловероятно, что причиной аномалии является влияние каких-либо помех. Кроме того, аномалия не может быть объяснена фоном, связанным с гамма-излучением (поскольку не наблюдается никакого эффекта в условиях отсутствия резонанса, когда фон гамма-излучения почти одинаков), либо иметь происхождение, связанное с ядерной физикой. Систематическая ошибка в ±0,5 МэВ в массе частицы объясняется нестабильностью положения луча на мишени и неопределенностями в калибровке и позиционировании детекторов[1].
Впоследствии Чжан и Миллер исследовали возможность объяснить аномалию в контексте ядерной физики, для чего исследовали формфактор ядерного перехода как возможную причину аномалии, и обнаружили, что требуемый формфактор нереалистичен для ядра 8Be[2].
По мнению учёных, частица Х17 может быть возможным кандидатом на роль лёгкого U(1)d-калибровочного бозона, или лёгкого посредника в сценарии с изолированной тёмной материей - вимпа, либо векторной или аксиальной векторной тёмной Z(Zd)-частицы, предлагавшейся для объяснения аномального магнитного момента мюона (aμ) (с учётом того, что тёмные фотоны рядом проведённых экспериментов были в значительной мере исключены из возможных причин аномального магнитного момента мюона)[1][7][20], где эксперименты по поиску частицы Х17 могут дать ключ к пониманию физики вне пределов Стандартной модели[11].