Смоделирован распад, наблюдения которого принесли первые свидетельства нарушения СР-инвариантности

 


Коллаборации RBC и UKQCD провели теоретические расчёты, позволившие определить некоторые характеристики распада каонов на пары пионов (Kππ).

В 1964 году наблюдения за распадами такого типа принесли первые свидетельства нарушения СР-инвариантности. Суть нарушения, напомним, состоит в том, что законы физики оказываются неинвариантными относительно операции зеркального отражения с одновременной заменой всех частиц на античастицы. Сама аббревиатура CP расшифровывается как произведение двух упомянутых симметрий — зарядового сопряжения C, превращающего частицу в её античастицу, и чётности P, создающей зеркальное отображение системы.

Это нарушение поначалу казалось противоестественным, но теперь его теоретическое объяснение, опирающееся на элегантный и простой механизм Кабиббо — Кобаяши — Маскавы, включено в Стандартную модель. Важно, что несоблюдение СР-симметрии относится к так называемым условиям Сахарова, при выполнении которых возможно создание дисбаланса между материей и антиматерией во Вселенной. Принятый в Стандартной модели уровень СР-нарушения, однако, считается слишком низким, не соответствующим наблюдаемому соотношению вещества и антивещества. Именно поэтому экспериментаторы активно ищут дополнительные источники CP-нарушения — следы «новой физики».

Теоретики же, как видим, не забывают обновлять данные и по давно знакомым распадам Kππ. Чтобы привести задачу в подходящий для компьютерных вычислений вид, участники RBC и UKQCD использовали методы квантовой хромодинамики на решётке, то есть представляли непрерывное пространство-время как дискретную совокупность точек. На расчёты было потрачено 54 миллиона процессорных часов суперкомпьютера Blue Gene/P‎, установленного в американской Аргоннской национальной лаборатории.

Если опустить технические детали, можно сказать, что учёных при моделировании интересовали две характеристики — комплексные амплитуды А0 и А2 (величины, связанные с вероятностью распадов), отвечающие распадам в состояния с изотопическим спином 0 и 2. Результаты расчёта действительной части А2 отлично согласовались с экспериментальной информацией, а ранее неизвестная мнимая часть А2 была оценена впервые.

В ближайшем будущем авторы хотят провести аналогичные вычисления на суперкомпьютерах следующего поколения Blue Gene/Q‎ и разобраться с амплитудой А0. Когда эти планы будут реализованы, физики получат полное количественное представление о нарушении СР-инвариантности в распадах каонов.

Результаты моделирования представлены в статье, опубликованной в Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Коннектикутского университета.

Источник: Компьюлента