В ускорителе SuperKEKB сталкивают электроны с позитронами — и среди осколков находят B-мезоны. Эти тяжёлые частицы живут недолго и разваливаются на более лёгкие. Недавно детектор Belle II зафиксировал подозрительно много случаев, когда B-мезон превращается в K-мезон (каон) и что-то невидимое — на 2,7 сигмы больше, чем ожидалось. Примерно как если бы пекарь взвешивал буханки и раз за разом получал на 30 граммов больше нормы — вроде мелочь, но систематически.
Есть и вторая странность, известная давно: распады B-мезонов на пионы и каоны ведут себя не так, как предсказывает Стандартная модель. Авторы работы предлагают единое объяснение — лёгкую аксионоподобную частицу (ALP) с массой почти как у нейтрального пиона (около 135 МэВ). Эта частица — словно двойник пиона, только сделанный из другого «теста»: она не чувствует сильное взаимодействие, зато может смешиваться с пионом и менять правила игры. В результате распад B-мезона на пион и каон получает скрытую добавку — будто в рецепт подмешали щепотку новой специи, и вкус стал другим.
Модель не просто латает дыры — она даёт конкретные предсказания. Для редких распадов каонов (K⁺ → π⁺ + невидимое) и для магнитного момента мюона эффект должен быть заметен уже в ближайших экспериментах. А вот на электрон и распады b-кварка на электрон-позитронную пару влияния почти нет — там всё останется как прежде. Если измерения подтвердят эти числа, физики получат не просто разгадку двух головоломок, а след новой частицы, которая пряталась прямо под носом, притворяясь знакомым пионом.
Нейтральный пион живёт всего 8,5×10⁻¹⁷ секунды — за это время свет успевает пройти расстояние в сотню раз меньше толщины человеческого волоса. А гипотетическая ALP с похожей массой могла бы жить гораздо дольше, путешествуя сквозь детектор незамеченной.