Физики впервые напрямую измерили силу сильного взаимодействия с рекордной точностью без использования моделей

Физики представили результаты первой прямой и высокоточной оценки параметра αs — константы, определяющей интенсивность сильного ядерного взаимодействия между кварками и глюонами. Публикация в журнале Nature свидетельствует о достижении беспрецедентной точности измерений, что критически важно для корректной интерпретации процессов столкновения частиц в мощнейших современных ускорителях.

Величина αs является фундаментальной характеристикой квантовой хромодинамики (КХД) — теории, описывающей взаимодействие, которое удерживает кварки внутри нуклонов. Для этого параметра характерна необычная динамика: при высоких энергиях сила взаимодействия стремится к нулю, что известно как асимптотическая свобода, тогда как в низкоэнергетическом режиме она резко возрастает, приводя к явлению конфайнмента — невозможности существования кварков в свободном состоянии.

Профессор Тринити-колледжа Стефан Синт, соавтор исследования, подчеркивает, что именно конфайнмент долгие годы оставался серьезным препятствием для точных вычислений. Предыдущие попытки оценить αs с помощью детекторов ATLAS и CMS на базе CERN были тесно связаны с модельными допущениями, описывающими процесс удержания кварков, что вносило существенные погрешности.

Новый подход позволил исследователям преодолеть эти ограничения: путем объединения экспериментальных данных низких энергий с методами решеточной КХД, где пространство-время моделируется дискретной сеткой, физики смогли провести вычисления, исходя из первопринципов, и полностью исключить феноменологические гипотезы.

Достигнутая точность оценки αs оказалась в два раза выше суммарной погрешности всех предыдущих исследований. Оставшиеся отклонения имеют преимущественно статистический характер и обусловлены спецификой методов Монте-Карло, что делает итоговые выводы более прозрачными и статистически достоверными.

Полученное значение константы гармонично объединяет низкоэнергетическую область решеточной КХД и высокоэнергетические процессы, где традиционные подходы остаются эффективными. Это нивелирует один из главных источников теоретических неопределенностей при изучении протон-протонных столкновений в CERN, существенно повышая чувствительность приборов к отклонениям, выходящим за рамки Стандартной модели.

Практическое значение открытия заключается в повышении точности прогнозов для Большого адронного коллайдера. Это открывает новые перспективы для фиксации тонких эффектов «новой физики», приближая ученых к пониманию фундаментальных законов мироздания и преодолению ограничений современной теоретической модели Вселенной.

Источник: iXBT