Физики объявили о первой прямой оценке параметра αs — фундаментальной константы, которая определяет силу сильного ядерного взаимодействия между кварками и глюонами. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, обеспечивают беспрецедентную точность измерений и позволяют значительно снизить неопределенности, которые ранее затрудняли интерпретацию данных столкновений частиц на крупнейших ускорителях мира.
Параметр αs является ключевым элементом квантовой хромодинамики (QCD) — теории, описывающей сильное взаимодействие, которое буквально «склеивает» кварки внутри протонов и нейтронов. Поведение этой силы уникально: при достижении высоких энергий она ослабевает (явление асимптотической свободы), а на малых дистанциях резко возрастает, что приводит к конфайнменту — явлению, при котором кварки невозможно обнаружить в свободном состоянии.
По словам профессора Тринити-колледжа Стефана Синта, соавтора научной работы, именно конфайнмент создает серьезные препятствия для точных вычислений. Хотя эксперименты на Большом адронном коллайдере в CERN, проводимые детекторами ATLAS и CMS, позволяют изучать αs, такие замеры до недавнего времени сильно зависели от теоретических моделей, описывающих процесс удержания кварков.
Новое исследование исключает эту зависимость. Ученые объединили экспериментальные данные, полученные при низких энергиях, с методом решеточной квантовой хромодинамики. В этом подходе пространство-время представляется в виде дискретной сетки, что позволяет решать уравнения QCD напрямую, исходя из первых принципов, без использования дополнительных феноменологических предположений.
Полученное значение αs обладает погрешностью, которая вдвое меньше суммарной ошибки всех предыдущих экспериментов. Оставшаяся доля неопределенности носит преимущественно статистический характер и связана с применением методов Монте-Карло, что делает текущий результат более прозрачным и строго интерпретируемым.
Это достижение успешно связывает два ранее изолированных режима: низкоэнергетическую решеточную QCD и процессы высокоэнергетического рассеяния, где применимы традиционные методы разложения по αs. Благодаря этому удалось сократить один из главных источников теоретических ошибок при анализе протон-протонных столкновений в CERN, что повышает общую чувствительность при поиске отклонений от Стандартной модели.
На практике это означает возможность строить более точные предсказания для экспериментов на Большом адронном коллайдере и более эффективно выявлять слабые сигналы «новой физики». Работа ученых устанавливает новый стандарт точности в физике элементарных частиц и устраняет одно из главных ограничений в изучении фундаментальных законов Вселенной.
