Eksperyment Cern wskazuje na nową siłę natury

0
256
views
Mężczyzna jedzie na rowerze wzdłuż belki Wielkiego Zderzacza Hadronów. Zdjęcie: Valentin Flauraud / AFP via Getty Images

Eksperci ujawniają „ostrożne podekscytowanie” niestabilnymi cząstkami, które nie ulegają rozpadowi, jak sugeruje standardowy model.

Naukowcy z Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) pod Genewą zauważyli w swoich danych niezwykły sygnał, który może być pierwszą wskazówką dotyczącą nowego rodzaju fizyki.

Zespół LHCb, jeden z czterech głównych zespołów w LHC, przeanalizował dane z 10 lat na temat tego, jak niestabilne cząstki zwane mezonami B, tworzone chwilowo w ogromnej maszynie, rozpadały się na bardziej znaną materię, taką jak elektrony.

Ramy matematyczne, które leżą u podstaw zrozumienia przez naukowców świata subatomowego, znane jako standardowy model fizyki cząstek, stanowczo utrzymują, że cząstki powinny rozpadać się na produkty zawierające elektrony z dokładnie taką samą szybkością, jak na produkty zawierające cięższego kuzyna elektronu, cząstkę zwaną mionem.

Jednak wyniki opublikowane przez Cern we wtorek sugerują, że dzieje się coś niezwykłego. Mezony B nie rozpadają się w sposób, w jaki model sugeruje, że powinny się rozpadać: zamiast produkować elektrony i miony w tym samym tempie, natura wydaje się faworyzować drogę, która kończy się na elektronach.

„Spodziewalibyśmy się, że ta cząstka rozpadnie się do stanu końcowego zawierającego elektrony i stanu końcowego zawierającego miony z taką samą szybkością” – powiedział prof. Chris Parkes, fizyk cząstek doświadczalnych z Uniwersytetu w Manchesterze i rzecznik współpracy LHCb. „Mamy intrygującą wskazówkę, że być może te dwa procesy nie zachodzą w tym samym tempie, ale nie jest to rozstrzygające”.

W żargonie fizycznym wynik ma znaczenie 3,1 sigma, co oznacza, że prawdopodobieństwo, że będzie to przypadek, wynosi około jeden do 1000. Chociaż może to brzmieć przekonująco, fizycy cząstek elementarnych mają tendencję do nie twierdzenia o nowym odkryciu, dopóki wynik nie osiągnie wartości pięciu sigma, gdzie prawdopodobieństwo, że będzie to dziwactwo statystyczne, zmniejsza się do jednego na kilka milionów.

„To intrygująca wskazówka, ale widzieliśmy już wcześniej sigmy przychodzące i odchodzące. Zdarza się to zaskakująco często ”- powiedział Parkes.

Standardowy model fizyki cząstek opisuje cząstki i siły, które rządzą światem subatomowym. Zbudowany w ciągu ostatniego półwiecza, definiuje, w jaki sposób cząstki elementarne zwane kwarkami budują protony i neutrony wewnątrz jąder atomowych oraz w jaki sposób te, zwykle w połączeniu z elektronami, tworzą całą znaną materię. Model wyjaśnia również trzy z czterech podstawowych sił natury: elektromagnetyzm; silna siła, która utrzymuje razem jądra atomowe; i słabą siłę, która powoduje reakcje jądrowe w słońcu.

Ale standardowy model nie opisuje wszystkiego. Nie wyjaśnia czwartej siły, grawitacji, a może bardziej uderzająco, nie mówi nic o 95% wszechświata, który zdaniem fizyków nie jest zbudowany z normalnej materii.

Czytaj: Polski fotograf zachwyca zdjęciami kosmosu!

Fizycy wierzą, że znaczna część kosmosu składa się z ciemnej energii, siły, która wydaje się napędzać ekspansję wszechświata, oraz ciemnej materii, tajemniczej substancji, która wydaje się utrzymywać kosmiczną sieć materii na miejscu jak niewidzialny szkielet.

„Gdyby się okazało, po dodatkowej analizie dodatkowych procesów, że byliśmy w stanie to potwierdzić, byłoby to niezwykle ekscytujące” – powiedział Parkes. Oznaczałoby to, że jest coś nie tak z modelem standardowym i że potrzebujemy czegoś dodatkowego w naszej podstawowej teorii fizyki cząstek elementarnych, aby wyjaśnić, jak to się stanie”.

Pomimo niepewności co do tego konkretnego wyniku, Parkes powiedział, że w połączeniu z innymi wynikami dotyczącymi mezonów B, argumenty za czymś niezwykłym stały się bardziej przekonujące.

„Powiedziałbym, że jest ostrożne podniecenie. Jesteśmy zaintrygowani, ponieważ ten wynik jest nie tylko dość znaczący, ale pasuje do wzorca niektórych wcześniejszych wyników z LHCb i innych eksperymentów na całym świecie”- powiedział.

Czytaj: Te eksperymenty społeczne poruszyły odbiorców na całym świecie. Przypominamy te najlepsze!

Ben Allanach, profesor fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Cambridge, zgadza się, że łącznie z innymi odkryciami najnowszy wynik LHCb jest ekscytujący. „Naprawdę myślę, że to coś zmieni” – powiedział.

Jeśli wynik okaże się prawdziwy, można to wytłumaczyć hipotetycznymi dotychczas cząstkami zwanymi Z-pierwszymi lub leptokwarkami, które przenoszą nowe siły na inne cząstki.

„Mogłaby istnieć nowa siła kwantowa, która powoduje, że mezony B rozpadają się na miony z niewłaściwą szybkością. Skleja je razem i powstrzymuje rozpad na miony w tempie, jakiego oczekujemy”- powiedział Allanach. „Siła ta może pomóc wyjaśnić szczególny wzór mas różnych cząstek materii”.

Mezony B zawierają elementarne cząstki zwane kwarkami pięknymi, zwane również kwarkami dennymi.

Naukowcy zgromadzą więcej danych z LHC i innych eksperymentów na całym świecie, takich jak Belle II w Japonii, w nadziei na potwierdzenie tego, co się dzieje.

johannesfloe.com – Art to remember