Распад бозона Хиггса на фермионы

В экспериментах ATLAS и CMS, выполняемых на Большом адронном коллайдере, вероятно, обнаружен распад бозона Хиггса на пару фермионов τ⁺ τ^-. Ранее наблюдались лишь распады на W-, Z-бозоны и фотоны, на основе которых бозон Хиггса и был идентифицирован. В экспериментах накоплен большой массив данных по распадам τ-лептонов на электроны и мюоны. Наблюдаемая кинематика процессов соответствует рождению некоторых из исходных τ-лептонов в результате распадов бозона Хиггса с массой 125 ГэВ — в согласии с предсказаниями Стандартной модели элементарных частиц, в которой имеется только одно поле Хиггса. В более сложных моделях массу промежуточным бозонам и фермионам дают разные хиггсовы поля, и обнаруженный канал распада на фермионы у открытого недавно бозона Хиггса мог бы отсутствовать. Достоверность регистрации распада хиггсовых бозонов на фермионы, согласно полученным и обработанным к настоящему времени данным эксперимента ATLAS, составляет 4,1 σ, а по данным CMS эта достоверность — 3,4 σ. Также выполняется поиск распада бозона Хиггса на пару b-кварка и b-антикварка, но полученные результаты пока неоднозначны из-за больших погрешностей. Источник: atlas.ch

Время жизни нейтрона

Среднее время жизни τ_n нейтрона до его распада наиболее точно измерено в двух экспериментах, использующих различные методы, однако их результаты расходятся между собой. В эксперименте А. Сереброва (Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова) и его коллег использовался источник ультрахолодных нейтронов в Институте Лауэ-Ланжевена (г. Гренобль, Франция) и измерялось τ_n нейтронов по скорости уменьшения их числа в ловушке. Погрешность измерений составила менее одной секунды. Во втором эксперименте, проводимом в Национальном институте стандартов и технологий (NIST) J.S. Niko и его коллегами, исследовались распады нейтронов в пучке. Темп распадов dN/dt и количество нейтронов N в ограниченной части пучка определялись, соответственно, путем регистрации продуктов реакции Li₆(n,t)He₄ и с помощью магнитной ловушки распадных протонов, а затем из формулы dN/dt = -N/τ_n определялось τ_n. Недавно результаты этого эксперимента были уточнены путём калибровки применявшегося ранее детектора с помощью нового детектора, в котором пучок нейтронов полностью поглощается. Такой метод измерений свободен от неопределенностей в сечении реакции Li₆(n,t)He₄. Новое значение τ_n = 887,7 ± 1,2(стат.) ± 1,9(сист.) с на Δ τ_n = 8,4 ± 2,2 с больше, чем было получено А. Серебровым и др., причём статистическая значимость расхождения увеличилась до 3,8 σ. Для выяснения причины расхождения, возможно, потребуются новые более точные измерения. Если же это различие является реальным, то оно может свидетельствовать о новых физических эффектах, например, о распадах или превращениях нейтронов по новым каналам без образования протонов. Источник: Phys. Rev. Lett. 111 222501 (2013)

Квантовые эффекты в двойном интерферометре

L. Vaidman (Университет Тель-Авива, Израиль) и его коллеги наблюдали в своем эксперименте интересный квантовый эффект: фотоны, не проходя через некоторую область пространства, тем не менее несли информацию об этой области. Использовался интерферометр Маха – Цендера, в одно плечо которого был встроен второй интерферометр Маха – Цендера. Таким образом, фотоны имели три возможные пути до детектора, где наблюдалась их интерференция. По пути фотоны отражались от нескольких зеркал, колебавшихся с различными частотами, так что каждому отрезку пути соответствовала своя частота модуляции сигнала. При определённой длине плеч во внутреннем интерферометре происходила деструктивная интерференция, т.е. фотоны не могли из него выйти. Тем не менее, в детекторе наблюдалась и частота модуляции света, соответствующая колебаниям внутренних зеркал во внутреннем интерферометре. Важно то, что колебания зеркал смещали лучи на расстояния, много меньшие их толщины, т.е. наблюдения модуляции являлись «слабыми квантовыми измерениями». Квантовая природа обнаруженного эффекта была доказана тем, что если для фотонов перекрывался третий путь (одиночное плечо внешнего интерферометра), то в суммарном сигнале пропадали и гармоники, соответствующие колебаниям зеркал во внутреннем интерферометре. Нагляднее всего результат эксперимента можно представить в концепции «постселекции» Я. Аронова, П.Г. Бергмана и Дж.Л. Лейбовиц с помощью двух векторов состояния, распространяющихся от источника к детектору и обратно. Но с тем же успехом результаты могут быть описаны и в рамках стандартной интерпретации, в которой обнаруженный эффект объясняется нарушением деструктивной интерференции за счет колебаний зеркал. Источник: Phys. Rev. Lett. 111 240402 (2013)

Генератор из графена

J. Hone (Колумбийский университет, США) и др. создали на основе графена генератор радиочастотных колебаний, имеющий рекордно малый размер для таких устройств — несколько мкм в диаметре. По принципу своего действия новое устройство является аналогом генераторов с контролем напряжением (VCO, voltage-controlled oscillator), изготавливаемых из других материалов. Кусочек графена, помещенный в полимерный держатель, был соединен с двумя электродам (истоком и стоком) и находился над третьим электродом — затвором, который мог деформировать графен своим электрическим полем. Механические колебания упругого листа графена изменяют плотность зарядов и, соответственно, проводимость графена. С помощью простой схемы с обратной связью, в которой напряжение истока подается на затвор через усилитель и фазовращатель, возбуждались колебания. Путем изменения электрического поля затвора частоту генерации (резонансную частоту механических колебаний) можно менять примерно на 14 %. Средняя частота ≈ 100 МГц находилась в пределах радиочастотного FM-диапазона, и эффект модуляции и передачи сигналов в эксперименте был продемонстрирован, в том числе, с помощью обычного бытового радиоприемника. Резонансные элементы в радиочастотных генераторах плохо поддаются миниатюризации и поэтому обычно размещаются на электронных платах отдельно от других микроэлементов. Новое устройство благодаря его малым размерам может быть интегрировано непосредственно в микрочипы. Источник: Nature Nanotechnology 8 923 (2013)

Регистрация нейтрино высоких энергий на IceCube

Детектором IceCube, расположенным во льду на Южном полюсе, по данным за 2010-2012 гг. обнаружены 26 новых нейтринных событий с энергиями более 30 ТэВ. Эти нейтрино, вместе с двумя ПэВ-ными нейтрино, об обнаружении который сообщалось ранее, имеют самые большие энергии из наблюдавшихся — до 1200 ТэВ. Обсуждаемые 28 событий не относятся, скорее всего, к атмосферным нейтрино, рождающимся при взаимодействии космических лучей с молекулами воздуха, т.к. имеют более высокие энергии и более жёсткий спектр. Фон, связанный с атмосферными событиями (в основном, мюонами), согласно вычислениям, давал бы всего 10,6^+5,0_-3,6 событий, поэтому атмосферное происхождение исключается на уровне 4 σ. Судя по всему, эти нейтрино являются астрофизическими нейтрино, источник которых — взаимодействие космических лучей с межзвездным газом и излучением вне солнечной системы. Хотя большая часть событий зарегистрирована из южной полусферы, статистически значимой кластеризации по направлениям или времени не обнаруживается, что свидетельствует против происхождения этих нейтрино в одном источнике в результате кратковременной вспышки. Источник: Science 342 1242856 (2013)

Материалы подготовил  Ю.Н. Ерошенко

Институт ядерных исследований РАН, Москва