Nová základná fyzika? Nevysvetliteľný jav z experimentu Large Hadron Collider

Výsledok deklarovaný experimentom LHCB CERN odhalil ďalšie stopy javov, ktoré nie je možné vysvetliť našou súčasnou teóriou základnej fyziky.

V marci 2020 ten istý experiment zverejnil dôkazy, ktoré porušili jeden zo základov Štandardného modelu častíc – našu najlepšiu teóriu častíc a síl – čo naznačuje možnú existenciu nových základných častíc a síl.

teraz ďalšie meranie Fyzici z Cambridge’s Cavendish Laboratory našli podobné účinky, ktoré dávajú impulz novej fyzike hmoty.

Štandardný model popisuje všetky známe častice, ktoré tvoria vesmír, a sily, s ktorými interagujú. Doteraz prešiel všetkými experimentálnymi testami, no fyzici vedia, že musí byť neúplný. Nezahŕňa gravitačnú silu, ani nedokáže vysvetliť, ako hmota počas toho vznikla veľký treska nie je v ňom žiadna častica, ktorá by dokázala vysvetliť záhadnú temnú hmotu, o ktorej astronómia hovorí, že je päťkrát hojnejšia než látka, ktorá tvorí viditeľný svet okolo nás.

Výsledkom je, že fyzici už dlho hľadajú stopy fyziky nad rámec štandardného modelu, ktoré by nám mohli pomôcť odhaliť niektoré z týchto záhad.

Jedným z najlepších spôsobov, ako objaviť nové častice a sily, je štúdium častíc známych ako kvarky krásy. Toto sú exotickí príbuzní kvarkov up a down, ktoré tvoria jadro každého z nich jadrové.

Beauty kvarky neexistujú na celom svete vo veľkom počte, pretože sú neuveriteľne krátke – prežívajú v priemere len jednu bilióntinu sekundy, kým sa zmenia na iné častice alebo sa rozložia. Každoročne však masívny urýchľovač častíc CERN, Veľký hadrónový urýchľovač, vyprodukuje miliardy kvarkov krásy, ktoré sú zaznamenané špeciálne vyrobeným detektorom nazývaným LHCb.

Experiment LHCB v jaskyni LHC-IP 8. Kredit: CERN

Spôsob rozpadu kvarkov krásy môže byť ovplyvnený neviditeľnými silami alebo existenciou častíc. V marci tím fyzikov na LHCb zverejnil výsledky, ktoré dokazujú, že kvarky krásy sa redukovali na častice nazývané mióny v porovnaní s ich ľahšími príbuznými, elektrónmi. Toto nie je možné vysvetliť v štandardnom modeli, ktorý zaobchádza s elektrónmi a miónmi rovnako, okrem skutočnosti, že elektrón je asi 200-krát ľahší ako mión. Výsledkom je, že kvarky krásy sa musia rozkladať na mióny a elektróny podobnou rýchlosťou. Namiesto toho fyzici na LHCb zistili, že k rozpadu miónov dochádza len asi o 85 % častejšie ako k rozpadu elektrónov.

Rozdiel medzi výsledkom LHCb a štandardným modelom bol približne tri jednotky experimentálnej chyby alebo „3 sigma“, ako je známe vo fyzike častíc. To znamená, že štatistická náhoda má len jednu z tisícov šance, že bude spôsobený výsledok.

Za predpokladu, že výsledok je správny, najpravdepodobnejším vysvetlením je, že nová sila, ktorá ťahá elektróny a mióny s rôznou silou, zasahuje do toho, ako sa tieto kvarky krásy rozkladajú. Na potvrdenie, či je účinok skutočný, je však potrebných viac údajov na zníženie experimentálnej chyby. Až keď výsledok dosiahne hranicu ‚5 sigma‘, keď je šanca menej ako jedna k miliónu v dôsledku náhodnej zhody okolností, časticoví fyzici to začnú považovať za skutočný objav.

„Skutočnosť, že sme v marci zaznamenali rovnaký efekt ako naši kolegovia, určite naznačuje, že sme na pokraji objavenia niečoho skutočne nového,“ povedal doktor Harry Cliff z Cavendish Laboratory. „Je skvelé vniesť do hádanky trochu viac svetla.“

Dnešný Výsledok skúmali dva nové rozpady kvarku krásy z rovnakej rodiny rozpadov, aké boli použité v marcových výsledkoch. Tím zistil rovnaký účinok – k rozpadu miónov dochádzalo len asi o 70 % častejšie ako k rozpadu elektrónov. Tentoraz je chyba veľká, čo znamená, že odchýlka je okolo ‚2 sigma‘, čo znamená, že má viac ako 2 % pravdepodobnosť, že je spôsobená štatistickou zvláštnosťou údajov. Hoci výsledok sám o sebe nie je presvedčivý, pridáva ďalšiu podporu rastúcej hromade dôkazov, že existujú nové základné sily, ktoré čakajú na objavenie.

„Vo veľkom hadrónovom urýchľovači narastá vzrušenie, pretože pokročilý detektor LHCB sa uvádza do prevádzky a zbierajú sa ďalšie údaje, ktoré poskytnú údaje potrebné na tvrdenie alebo vyvrátenie akéhokoľvek veľkého objavu,“ povedal profesor Val Gibson. Cavendishovo laboratórium.