KOSMIČKO TKANJE

NEPOZNATA PETA SILA?

EPA

EPA

Dve grupe fizičara koje rade na Velikom hadronskom sudaraču (LHC) u CERN-u objavile su rezultate koji ne mogu biti objašnjeni postojećom teorijom fundamentalne fizike.

Kako piše New Scientist, u pola sedam naveče 20. januara 2021, usred tmine dugog zimskog zatvaranja zbog korone, mali tim naučnika uključio je „Zum da bi podelio trenutak za koji su znali da bi mogao zauvek promeniti fiziku. Doslovno sam se tresao”, rekao je Miteš Patel sa Imperijal koledža u Londonu. On i njegov tim upravo su se spremali da objave dugo očekivano merenje iz eksperimenta Velikog hadronskog sudarača (LHCb) u CERN-ovoj laboratoriji za fiziku čestica kraj Ženeve u Švacarskoj koje bi konačno moglo srušiti standardni model, trenutno naše najbolje tumačenje temeljne prirode sveta.

Nova sila prirode?

Merenje se odnosi na subatomske čestice poznate kao kvarkovi lepote. Tokom poslednjih nekoliko godina, njihovo je ponašanje dalo da se nasluti postojanje neke sile van našeg uobičajenog razumevanja fizike. U novim eksperimentima nakon toga nagoveštaji istog neobičnog ponašanja nastavljaju da se učvršćivaju, a uzbuđenje među načnicima raste. Ako se ti kvarkovi, doista, ponašaju onako kako se čini, to bi moralo značiti da postoji još neka nepoznata sila prirode, što bi moglo ukazivati na novu ujedinjenu teoriju čestica i sila koja je svojevrstan sveti gral fizike.

Standardni model opisuje sve poznate čestice od kojih je sastavljena vidljiva materija u svemiru i sile kroz koje one deluju. On je potvrđen u brojnim eksperimentima do danas, međutim fizičari znaju da mora biti nepotpun. Naime, on ne uključuje silu gravitacije, a takođe ne može objasniti kako je materija nastala tokom Velikog praska, odnosno zašto je prevladala materija nad antimaterijom. Osim toga, on ne sadrži česticu koja bi mogla objasniti tajanstvenu tamnu materiju koja gravitacijom drži na okupu galaksije da se ne razlete u toku svoje rotacije – vidljive materije jednostavno nema dovoljno za to. Astronomska merenja kažu da bi masa te tamne tvari u svemiru morala biti čak pet puta veća od ukupne mase vidljive materije.

Van standardnog modela

Zbog ovih nedostataka fizičari već dugo traže naznake fizike van standardnog modela koja bi mogla pomoći u rešavanju nekih od ovih misterija. Jedan od najboljih načina za traženje novih čestica i sila je proučavanje kvarkova lepote. To su egzotični rođaci kvarkova gore i dole koji sačinjavaju jezgra svih atoma. Kvarkovi lepote ne postoje u velikom broju u stvarnom svetu jer su neverovatno kratkog veka – preživljavaju u proseku samo trilioniti delić sekunde pre nego što se transformišu ili raspadnu u druge čestice. Međutim, CERN-ov divovski akcelerator čestica LHC svake godine proizvodi na milijarde kvarkova lepote koje beleži detektor nazvan LHCb, ali i neki drugi detektori.

Na način raspadanja kvarkovi lepote može uticati postojanje neotkrivenih sila ili čestica. U martu je tim fizičara koji rade na LHCb-u objavio rezultate koji pokazuju da se kvarkovi lepote u jednoj određenoj vrsti ređe raspadaju na čestice zvane mioni nego na njihove lakše rođake, elektrone. To je nemoguće objasniti standardnim modelom, koji identično tretira elektrone i mione, osim činjenice da su elektroni oko 200 puta lakši od miona. Drugim riječima, kvarkovi ljepote trebali bi se raspadati na mione i elektrone s jednakom učestalošću. Umesto toga, fizičari sa LHCb-a otkrili su da učestalost raspada kvarka lepote u mione iznosi 85% učestalosti raspada u elektrone.

Raste pouzdanost merenja

Razlika između rezultata LHCb-a i predviđanja standardnog modela utvrđena je sa sigurnošću od oko tri jedinice eksperimentalne pogreške, ili 3 sigma, što je uvrežen termin u fizici čestica. To znači da je verovatnoća da se radi o statističkoj fluktuaciji 1 na 1.000. Da bi naučnici bili sigurni da je reč o stvarnoj pojavi, traži se da se postigne sigurnost od oko 5 sigma.


Miteš Patel
(Imperial Coledge)

Rezultat od pet sigma smatra se zlatnim standardom za važnost fizičkog eksperimenta, što odgovara verovatnoći od otprilike jedan prema 3 miliona da su nalazi samo rezultat slučajnih varijacija. Šest sigma znači da je ta verovatnoća jedan na pola milijarde. Pod pretpostavkom da je rezultat tačan, njegovo najvjerojatnije objašnjenje bilo bi da nepoznata nova sila vuče elektrone i mione različitom snagom i time ometa način na koji se kvarkovi ljepote raspadaju. Naučnici u Laboratoriji Kevendiš ispitali su dva nova raspada kvarkova lepote iz iste porodice raspada koja je analizirana u LHCb-u. Tim je otkrio isti efekat – raspad u miona događao se s učestalošću od 70% u odnosu na raspad miona u elektrone.

U ovom eksperimentu pogreška je bila veća – rezultat je imao pouzdanost od oko 2 sigma, što znači da postoji nešto više od 2% šanse da je on plod statističke varijacije. Iako rezultat nije konačan, on daje dodatnu potporu rastućem broju dokaza da postoje nove temeljne sile koje čekaju da budu otkrivene.Uzbuđenje oko Velikog hadronskog sudarača raste upravo u trenutku kad se nadograđeni LHCb detektor uskoro uključuje i počinje prikupljanje daljih podataka koji će pružiti potrebnu statističku sigurnost za potvrđivanje ili opovrgavanje velikog otkrića”, rekao je profesor Val Gibson iz Laboratorije Kevendiš.Činjenica da smo videli isti učinak kao naše kolege u martu zasigurno povećava šanse da bismo zaista mogli biti na rubu otkrića nečeg novog”, rekao je dr Hari Klif, takođe iz Laboratorije Kevendiš. Sjajno je baciti malo više svetla na zagonetku.

Najznačajnije odstupanje

Fizičar Vuko Brigljević, rukovodilac Laboratorije za fiziku elementarnih čestica Instituta Ruđer Bošković” i predvodnik grupe na eksperimentu CMS u CERN-u, kaže da je to svakako jako, jako zanimljiv rezultat.To je trenutno najznačajnije odstupanje od standardnog modela koje vidimo”, objašnjava on. No ističe da za sada još ne bi išao u interpretacije onoga što je zabeleženo.Prvo treba napraviti dve stvari. Ovaj rezultat ima već dosta veliki značaj, no moramo nastaviti dalje meriti da bi se potvrdilo da je u pitanju doza odstupanja koja znatno više isključuje statističku fluktuaciju.


CERN (
Pixabay)

Nekoliko godina merenja

Koliko će vremena biti potrebno da se otkriće potvrdi, teško je predvideti. Što se duže meri, to su naučnici sigurniji u rezultat. Da se mogućnost pogreške smanji za faktor dva, potrebno je meriti četiri puta duže. Da se smanji za faktor 10, treba meriti oko 100 puta duže. Merenja mogla nastaviti na proleće ove godine.Treba nekoliko godina da sakupimo dovoljno podataka da se mogućnost pogreške smanji. To će zavisiti od dosta faktora, među ostalima koliko je detektor poboljšan. Upravo se završava pauza u kojoj je detektor unapređivan. Ona je trebalo da traje dve godine, međutim zbog kovida-19 trajala je tri. Unapređeni su i akcelerator i detektori. To će, između ostalog, omogućiti sposobnost sakupljanja veće količine podataka”, tumači istraživač iz „Ruđera Boškovića.

On ističe da je ovaj eksperiment veoma složen. Mi želimo da merimo apsolutnu razliku između količina elektrona i miona. Međutim, detektor može biti osetljiviji na elektrone nego na mione, pa to treba uzeti u obzir – treba napraviti korekcije u merenju. Pritom treba da budemo sigurni da razumemo šta se zbiva kako bismo napravili odgovarajuće korekcije. Stoga imamo niz pomoćnih merenja kojima se proveravaju prikupljeni podaci i hipoteze. No tu se nikada ne može isključiti mogućnost da se dogodio previd, da je nešto precenjeno ili potcenjeno. Dakle, treba nastaviti meriti i takođe testirati sam metod merenja.

Nezavisne provere bitne

„Osim toga, razlike u učestalosti miona i elektrona videle su se u više različitih raspada. Što više se meri u različitim raspadima koji imaju sličnu simetriju, manja je mogućnost da će se greška pojaviti u svim merenjima. Eksperimenti Atlas i CMS, koji su otkrili Higgsov bozon, takođe mogu biti uključeni u merenja raspada iako nisu specijalizovani za to onako kao što je LHCb. Postoje grupe koje su počele raditi na tim detektorima. Budući da su detektori podložni različitim mogućim greškama, a ne istim, nezavisne provere na njima bit će bitne”, napominje Vuko Brigljević i dodaje da je, takođe, važna stvar i preispitivanje same teorije:Ona predviđa da bi učestalost raspada kvarka lepote na mione i na elektrone trebala biti ista. No, tu postoje određene teorijske nesigurnosti. Treba raditi i na proveri teorije da bismo bili sigurni da ne postoji neki teorijski efekat koji bi mogao objasniti zabeleženu razliku unutar samog standardnog modela.

(Izvor Indeks)

O autoru

Stanko

Ostavite komentar