Две групе физичара које раде на Великом хадронском сударачу (LHC) у ЦЕРН-у објавиле су резултате који не могу бити објашњени постојећом теоријом фундаменталне физике.
Kако пише New Scientist, у пола седам навече 20. јануара 2021, усред тмине дугог зимског затварања због короне, мали тим научника укључио је „Зум” да би поделио тренутак за који су знали да би могао заувек променити физику. „Дословно сам се тресао”, рекао је Митеш Пател са Империјал колеџа у Лондону. Он и његов тим управо су се спремали да објаве дуго очекивано мерење из експеримента Великог хадронског сударача (LHCb) у ЦЕРН-овој лабораторији за физику честица крај Женеве у Швацарској које би коначно могло срушити стандардни модел, тренутно наше најбоље тумачење темељне природе света.
Нова сила природе?
Мерење се односи на субатомске честице познате као кваркови лепоте. Током последњих неколико година, њихово је понашање дало да се наслути постојање неке силе ван нашег уобичајеног разумевања физике. У новим експериментима након тога наговештаји истог необичног понашања настављају да се учвршћивају, а узбуђење међу начницима расте. Ако се ти кваркови, доиста, понашају онако како се чини, то би морало значити да постоји још нека непозната сила природе, што би могло указивати на нову уједињену теорију честица и сила која је својеврстан свети грал физике.
Стандардни модел описује све познате честице од којих је састављена видљива материја у свемиру и силе кроз које оне делују. Он је потврђен у бројним експериментима до данас, међутим физичари знају да мора бити непотпун. Наиме, он не укључује силу гравитације, а такође не може објаснити како је материја настала током Великог праска, односно зашто је превладала материја над антиматеријом. Осим тога, он не садржи честицу која би могла објаснити тајанствену тамну материју која гравитацијом држи на окупу галаксије да се не разлете у току своје ротације – видљиве материје једноставно нема довољно за то. Астрономска мерења кажу да би маса те тамне твари у свемиру морала бити чак пет пута већа од укупне масе видљиве материје.
Ван стандардног модела
Због ових недостатака физичари већ дуго траже назнаке физике ван стандардног модела која би могла помоћи у решавању неких од ових мистерија. Један од најбољих начина за тражење нових честица и сила је проучавање кваркова лепоте. То су егзотични рођаци кваркова горе и доле који сачињавају језгра свих атома. Kваркови лепоте не постоје у великом броју у стварном свету јер су невероватно кратког века – преживљавају у просеку само трилионити делић секунде пре него што се трансформишу или распадну у друге честице. Међутим, ЦЕРН-ов дивовски акцелератор честица LHC сваке године производи на милијарде кваркова лепоте које бележи детектор назван LHCb, али и неки други детектори.
На начин распадања кваркови лепоте може утицати постојање неоткривених сила или честица. У марту је тим физичара који раде на LHCb-у објавио резултате који показују да се кваркови лепоте у једној одређеној врсти ређе распадају на честице зване миони него на њихове лакше рођаке, електроне. То је немогуће објаснити стандардним моделом, који идентично третира електроне и мионе, осим чињенице да су електрони око 200 пута лакши од миона. Другим ријечима, кваркови љепоте требали би се распадати на мионе и електроне с једнаком учесталошћу. Уместо тога, физичари сa LHCb-а открили су да учесталост распада кварка лепоте у мионе износи 85% учесталости распада у електроне.
Расте поузданост мерења
Разлика између резултата LHCb-а и предвиђања стандардног модела утврђена је са сигурношћу од око три јединице експерименталне погрешке, или 3 сигма, што је уврежен термин у физици честица. То значи да је вероватноћа да се ради о статистичкој флуктуацији 1 на 1.000. Да би научници били сигурни да је реч о стварној појави, тражи се да се постигне сигурност од око 5 сигма.
Митеш Пател (Imperial Coledge)
Резултат од пет сигма сматра се златним стандардом за важност физичког експеримента, што одговара вероватноћи од отприлике један према 3 милиона да су налази само резултат случајних варијација. Шест сигма значи да је та вероватноћа један на пола милијарде. Под претпоставком да је резултат тачан, његово највјеројатније објашњење било би да непозната нова сила вуче електроне и мионе различитом снагом и тиме омета начин на који се кваркови љепоте распадају. Научници у Лабораторији Кевендиш испитали су два нова распада кваркова лепоте из исте породице распада која је анализирана у LHCb-у. Тим је открио исти ефекат – распад у миона догађао се с учесталошћу од 70% у односу на распад миона у електроне.
У овом експерименту погрешка је била већа – резултат је имао поузданост од око 2 сигма, што значи да постоји нешто више од 2% шансе да је он плод статистичке варијације. Иако резултат није коначан, он даје додатну потпору растућем броју доказа да постоје нове темељне силе које чекају да буду откривене. „Узбуђење око Великог хадронског сударача расте управо у тренутку кад се надограђени LHCb детектор ускоро укључује и почиње прикупљање даљих података који ће пружити потребну статистичку сигурност за потврђивање или оповргавање великог открића”, рекао је професор Вал Гибсон из Лабораторије Кевендиш. „Чињеница да смо видели исти учинак као наше колеге у марту засигурно повећава шансе да бисмо заиста могли бити на рубу открића нечег новог”, рекао је др Хари Клиф, такође из Лабораторије Кевендиш. „Сјајно је бацити мало више светла на загонетку.”
Најзначајније одступање
Физичар Вуко Бригљевић, руководилац Лабораторије за физику елементарних честица Института „Руђер Бошковић” и предводник групе на експерименту CMS у ЦЕРН-у, каже да је то свакако јако, јако занимљив резултат. „То је тренутно најзначајније одступање од стандардног модела које видимо”, објашњава он. Но истиче да за сада још не би ишао у интерпретације онога што је забележено. „Прво треба направити две ствари. Овај резултат има већ доста велики значај, но морамо наставити даље мерити да би се потврдило да је у питању доза одступања која знатно више искључује статистичку флуктуацију.”
ЦЕРН (Pixabay)
Неколико година мерења
Kолико ће времена бити потребно да се откриће потврди, тешко је предвидети. Што се дуже мери, то су научници сигурнији у резултат. Да се могућност погрешке смањи за фактор два, потребно је мерити четири пута дуже. Да се смањи за фактор 10, треба мерити око 100 пута дуже. Мерења могла наставити на пролеће ове године. „Треба неколико година да сакупимо довољно података да се могућност погрешке смањи. То ће зависити од доста фактора, међу осталима колико је детектор побољшан. Управо се завршава пауза у којој је детектор унапређиван. Она је требало да траје две године, међутим због ковида-19 трајала је три. Унапређени су и акцелератор и детектори. То ће, између осталог, омогућити способност сакупљања веће количине података”, тумачи истраживач из „Руђера Бошковића”.
Он истиче да је овај експеримент веома сложен. „Ми желимо да меримо апсолутну разлику између количина електрона и миона. Међутим, детектор може бити осетљивији на електроне него на мионе, па то треба узети у обзир – треба направити корекције у мерењу. Притом треба да будемо сигурни да разумемо шта се збива како бисмо направили одговарајуће корекције. Стога имамо низ помоћних мерења којима се проверавају прикупљени подаци и хипотезе. Но ту се никада не може искључити могућност да се догодио превид, да је нешто прецењено или потцењено. Дакле, треба наставити мерити и такође тестирати сам метод мерења.”
Независне провере битне
„Осим тога, разлике у учесталости миона и електрона виделе су се у више различитих распада. Што више се мери у различитим распадима који имају сличну симетрију, мања је могућност да ће се грешка појавити у свим мерењима. Експерименти Atlas и CMS, који су открили Хиггсов бозон, такође могу бити укључени у мерења распада иако нису специјализовани за то онако као што је LHCb. Постоје групе које су почеле радити на тим детекторима. Будући да су детектори подложни различитим могућим грешкама, а не истим, независне провере на њима бит ће битне”, напомиње Вуко Бригљевић и додаје да је, такође, важна ствар и преиспитивање саме теорије: „Она предвиђа да би учесталост распада кварка лепоте на мионе и на електроне требала бити иста. Но, ту постоје одређене теоријске несигурности. Треба радити и на провери теорије да бисмо били сигурни да не постоји неки теоријски ефекат који би могао објаснити забележену разлику унутар самог стандардног модела.”
(Извор Индекс)
