№ 29 (3968) от 17 июля 2009:

• Лауреаты премии имени Н.Н.Боголюбова
• Наадам - три летних дня
• НТБ готовится к юбилею
• Визиты
• ЛФВЭ: итоги года работы
• 112-й элемент назван коперникием
• Спиновая физика: от COSY - к FAIR
• NA48: точность эксперимента выше теоретических моделей
• Памяти Жарко Ковачевича
• На Оку, в Поленово
• Отважный Джарет
• К Дню города - новая дорога
• Праздник, который всегда с нами

Версия № 29 в формате pdf (~6.5 Mb)

Горизонты научного поиска

NA48: точность эксперимента выше теоретических моделей

На прошедшей с 7 по 12 июня в городе Цукуба (Япония) международной конференции по физике каонов "Каон-2009" (http://kaon09.kek.jp/), в которой приняли участие ведущие физики мира, работающие в этой области, с интересом были восприняты сообщения сотрудников ОИЯИ Д.Т.Мадигожина и Е.А.Гудзовского, представивших новые данные международной коллаборации NA48.

Программа конференции была насыщена и разнообразна, затрагивала темы нарушения CP и T-симметрий, точного измерения параметров матрицы Кабиббо - Кобаяши - Маскава, лептонной универсальности, решеточных вычислений калибровочных полей, киральной пертурбативной теории, вопросов квантовой когерентности и проверки CPT-симметрии. Это говорит о том, что каоны остаются важной и во многом уникальной "лабораторией" для изучения самых актуальных вопросов современной физики элементарных частиц, дающей дополнительную ценную информацию, в некоторых случаях способную конкурировать даже с данными будущего адронного коллайдера. Во многом ценность такой физики определяется достигнутой точностью измерений, обеспеченной высокими характеристиками аппаратуры, большой статистикой и оригинальной постановкой экспериментов, выполненных в последние десятилетия.

Так, на конференции были вновь сопоставлены недавние окончательные результаты эксперимента KTeV по измерению масштаба прямого нарушения CP-инвариантности в распадах нейтральных каонов с соответствующими результатами коллаборации NA48, опубликованными в 2002 году. Стоит напомнить, что группа специалистов из ОИЯИ в составе международного сотрудничества NA48, руководимая В.Д.Кекелидзе и Ю.К.Потребениковым, внесла не только значительный материальный вклад в создание экспериментальной установки, но и активно участвовала во всех этапах сбора и анализа данных, а также в моделировании установки. Тем самым внесен определяющий вклад в достижение беспрецедентной точности ряда результатов. Несколько теоретических групп, занятых решеточными вычислениями, в ближайшие три года планируют достичь точность, сопоставимую с точностью измерений NA48 и KTeV. Тогда эти измерения внесут прямой вклад в ограничения на параметры Стандартной модели и, возможно, дадут указания на необходимость выхода за ее пределы в случае существенного расхождения расчетов и экспериментальных результатов.

Предварительным результатам по точному измерению каонных распадов с пионом и двумя лептонами в конечном состоянии, полученным в эксперименте NA48/2 (проведенном под руководством В.Д.Кекелидзе) был посвящен доклад Евгения Гудзовского. Значительная часть докладов была посвящена строящимся установкам и планируемым экспериментам в области каонной физики - NA62, KLOE2, OKA, KLOD.

Особый интерес теоретиков вызвали окончательные результаты по измерению пион-пионных длин рассеяния, выполненные коллаборацией NA48/2 сразу по двум модам распада каонов, практически не имеющим в данном эксперименте общих систематических неопределенностей.

Пионные длины рассеяния прямо связаны с величиной кваркового конденсата киральной пертурбативной теории. Они были вычислены группами ведущих теоретиков из Берна и Пизы с исключительной точностью (2 процента) в 2000 году. Правда, предсказание конкретных физических эффектов требует от теории дополнительных расчетов, которые в прежние десятилетия обычно выполнялись лишь в первом приближении на уровне 10 процентов, поскольку в них не было необходимости из-за экспериментальных ограничений по точности. Поэтому новые результаты NA48/2 по изучению распадов заряженных каонов на один заряженный и два нейтральных пиона, а также по распаду на пару пионов, электрон и нейтрино соответствующих знаков (Ke4) внесли существенное изменение в отношения между теорией и экспериментом. Большая статистика и точная аппаратура NA48/2 позволили обнаружить новый экспериментальный эффект - острие (cusp) в распределении эффективных масс пары нейтральных пионов в трехпионных распадах заряженных каонов. Объяснение этого эффекта пион-пионным рассеянием, предложенное известным теоретиком Николой Кабиббо, открыло возможность измерения длин рассеяния пионов совершенно новым способом. При этом в эксперименте с самого начала было запланировано рекордное по точности измерение этих же величин в распадах Ke4, которое также требует соответствующих теоретических вычислений с предельно высокой точностью.

Уже в процессе извлечения измеренных величин из экспериментальных данных теоретикам впервые пришлось выполнять расчеты в рамках киральной пертурбативной теории в следующем после лидирующего приближении, учитывать нарушение изотопической симметрии и рассчитывать электромагнитные поправки к сильному взаимодействию, чтобы расчет соответствовал уровню точности проведенных измерений. Вклад электромагнитных взаимодействий в точке cusp, соответствующей рассеянию пары заряженных пионов, относительно успешно рассчитала дубненская группа теоретиков: С.Р.Геворкян, А.В.Тарасов, О.О.Воскресенская.

Окончательные результаты по измерению длин пионного рассеяния в этом процессе представил мировому научному сообществу Дмитрий Мадигожин. Точность объединенного экспериментального результата, полученного из анализа распадов K⁺ и K^-, впервые превысила точность теоретических предсказаний. Последние результаты NA48/2 по измерению тех же величин на основе анализа распадов Ke4 были доложены на конференции представительницей коллаборации из Saclay B.Bloch-Devaux.

Большой интерес к полученным новым результатам подтверждает и тот факт, что на международном рабочем совещании по киральной динамике (6-10 июля, Университет Берна, Швейцария) пленарный доклад коллаборации NA48/2 по результатам измерения длин пионного рассеяния на основе данных двух каонных распадов, как наиболее значимый вклад в эту область физики, был запланирован сразу после вступительного слова создателя киральной теории, нобелевского лауреата профессора С.Вайнберга. На этом же совещании представлены все экспериментальные результаты, полученные в этой области, включая результаты одного из важнейших экспериментов DIRAC, проводимого по инициативе сотрудника ОИЯИ Л.Л.Неменова на PS ЦЕРН.

Высокий уровень, достигнутый экспериментом NA48 в этой области при активном участии физиков Дубны, ставит новые задачи перед специалистами в области теоретических расчетов, заставляют теоретиков активно интересоваться результатами измерений, точность которых требует следующих порядков приближения в рамках предлагаемых ими моделей.

Д. МАДИГОЖИН, начальник сектора ЛФВЭ,
Д. ПЕШЕХОНОВ, ученый секретарь ЛФВЭ.