Pokojni velikan naučne fantastike i popularizator nauke, Isak Asimov, jednom je primetio da najuzbudljivija fraza u nauci nije „Eureka!”, već „Hmmm… ovo je neobično”. Upravo je to fraza kojom su naučnici iz CERN-a opisali rezultate merenja magnetskog dipolnog momenta muona pre više od pola stoleća. Najnoviji rezultati za muon, masivnijeg „brata” elektrona, ukazuju da teorija standardni model nije sasvim pouzdana.
Fizičari širom sveta uzbuđeni su zbog najnovijih rezultata eksperimenta sprovedenog u Fermilabu, nedavno objavljenih, a najoptimističniji se nadaju da se radi o prvom uvidu u sasvim novo područje teorijske fizike – neobjašnjivoj anomaliji za kojom se traga decenijama.Pokojni velikan naučne fantastike i popularizator nauke, Isak Asimov, jednom je primetio da najuzbudljivija fraza u nauci nije „Eureka!”, već „Hmmm… ovo je neobično”. Upravo je to fraza kojom su naučnici iz CERN-a opisali rezultate merenja magnetskog dipolnog momenta muona pre više od pola stoleća.
Retko koja fraza je manje inspirativna od „merenje magnetskog dipolnog momenta muona”. Ostavlja utisak da se radi o zapećku fizike, nevažnom eksperimentu koji je tim naučnika preduzeo samo da bi mogli staviti još jednu kvačicu na popis predviđanja standardnog modela – teorije fizike koja opisuje ponašanje najsitnijih poznatih čestica i elementarnih sila. No, rezultati merenja u CERN-u nisu se poklapali s vrednostima koje su predviđale teorije. Slavlja ni panike ipak nije bilo, jer se odstupanje moglo objasniti i mogućom pogreškom prilikom merenja ili čistom statističkom anomalijom. Pouzdanost rezultata bila je daleko od „5 sigma” – pet standardnih devijacija daleko od proseka, standarda u fizici koji znači da su šanse da je rezultat statistička slučajnost manje od 1 u 3,5 miliona.
Seljenje eksperimenta
Ispitivanje su potom preuzeli američki naučnici u Brukheven nacionalne laboratorije. Njihov eksperiment se završio 2001, a anomalija koju su izmerili dosegla je visinu pouzdanosti od 3,7 sigma – šansa da je rezultat bio slučajan pala je na 1,4%.Eksperiment je potom doslovno preseljen u Fermilab – ceo 14-metarski magnetni prsten koji se koristio u merenju prenesen je sa Long Ajlenda u laboratoriju nedaleko od Čikaga, gde je sva oprema obnovljena i unapređena, pa je eksperiment nastavljen 2015.
Ko je ovo naručio?!? (CERN)
Najnoviji rezultati s Fermilaba, objavljeni nedavno, potvrdili su postojanje anomalije i podigli pouzdanost na 4,2 sigma – verovatnoća da se radi o slučajnosti sada je samo 0,3%. Brojni fizičari širom sveta veoma su uzbuđeni zbog ovog rezultata, jer on ozbiljno ukazuje na postojanje teorijske rupe u standardnom modelu.Standardni model je do sada najpotpunija i najtačnija teorija o subatomskim česticama i fundamentalnim silama koju su fizičari smislili, te bi se moglo smatrati neobičnim da se toliko vesele podacima koji prete da je sruše, no bilo kakva anomalija u standardnom modelu sa sobom nosi nadu rešenja zantno većeg problema u fizici.
Ono što je za subatomske čestice standardni model, to je za makroskopski svemir – planete, zvezde i galaksije – Ajnštajnova opšta teorija relativnosti. I jedna i druga teorija najbolje su dosad u opisivanju fenomena kojima se bave, njihova predviđanja temeljno su potvrđena eksperimentima, i prema našim spoznajama savršeno opisuju svemir u kojem se nalazimo.
Teorija svega
Jedini problem jeste u tome što su te dve teorije u međusobnoj kontradikciji. Standardni model ne može objasniti gravitaciju, a kvantna fizika standardnog modela „ne sluša” zakonitosti teorije relativnosti. Fizičari, stoga, već duže od stoleća tragaju za „teorijom svega” koja bi povezala kvantnu fiziku i gravitaciju, no već decenijama manje-više tapkaju u mestu.
Teorija struna, koja je jedno vreme najviše obećavala, pokazala se kao vrlo izgledna slepa ulica, s matematičkim konstruktima koji zahtevaju postojanje 11 dimenzija prostor–vremena da bi teorija ostala konzistentna. Standardni model i teorija relativnosti i dalje postojano stoje kao najbolje teorije čija se predviđanja mogu eksperimentalno proveriti, a nijedan eksperiment nije uspeo da ih dovede u pitanje. Do sada.
Muon je čestica iz porodice leptona, znatno masivniji „brat” elektrona, s kojim deli većinu svojstava, poput električnog naboja i spina. Kao elektron i druge nabijene čestice, muon se ponaša poput magneta koji se vrti, a snaga njegovog magnetnog polja i frekvencija rotacije opisuju se takozvanim „g faktorom”. Prema standardnom modelu, g faktor muona morao bi biti nešto malo veći od 2, kada se pobroje sve moguće interakcije s virtuelnim česticama koje predviđa standardni model. Eksperiment u Fermilabu upravo se zato zove „Myon g-2”, jer su naučnici merili koliko je tačno g faktor muona veći od 2.
Rezultat koji su dobili za g faktor muona – 2,00233184122 – za tačno 0,00116592061 veći je od onog kojeg predviđa standardni model. Možda se čini da je mnogo, no kod svih drugih provera predviđanja standardnog modela do sada, teorija je uvek precizno pogodila konačan rezultat.Britanski naučnik Mark Lankaster sa Univerziteta Mančester, jedan od rukovodilaca istraživanja u Fermilabu, smatra da je rezultat kojeg su dobili izuzetno značajan. „Ovo je očito vrlo uzbudljivo”, kazao je za BBC, „jer potencijalno ukazuje na budućnost s novim zakonima fizike, nove čestice i novu silu koju do sada nismo videli.”
Širenje razumevanja
Ovakvi rezultati, ovakve „rupe” u opšteprihvaćenim teorijama u prošlosti su u većini slučajeva vodile do širenja našeg razumevanja fizike, i otkrivanja dubljih zakona odgovornih za izuzetke u rezultatima, koji su se obično skrivali iza činjenice da pojedine pojave nismo mogli meriti dovoljno precizno.Lankaster i mnoge njegove kolege se stoga nadaju da će i nova anomalija dovesti do novog teoretskog proboja – otkrića nekih dubljih, temeljnijih zakona fizike koji se skrivaju ispod standardnog modela, ili koji će barem proširiti standardni model dosad nepoznatim česticama. Najveća nada fizičara jeste otkriće nove, pete fundamentalne sile.
Sve interakcije među česticama i predmetima koje smo do sada opažali mogu se opisati kroz četiri fundamentalne sile – elektromagnetizma, gravitacije, jake i slabe nuklearne sile. No, različite sile na različite čestice deluju na različite načine – elektromagnetizam, primerice, slabo deluje na čestice koje nemaju električni naboj. Jedna od mogućnosti čudnog ponašanja muona jeste da on jedini od poznatih čestica poseduje fizičko svojstvo na koje, poput elektromagnetizma na naboj, deluje nova sila.Slično se nada i profesor Ben Alanah sa Univerziteta Kembridž, koji predoseća da bi ovo otkriće moglo biti upravo ono što je godinama čekao.
„U celoj svojoj karijeri tragam za silama i česticama izvan onoga što već poznajemo, i ovo je to”, kazao je onBBC. „Ovo je trenutak koji sam čekao, i ne spavam baš dobro koliko sam uzbuđen.”
Druga objašnjenja
Ipak, postoje druga, manje uzbudljiva moguća objašnjenja, koliko god malo verovatna bila. I dalje je moguće da je otkriveni signal samo statistički šum – anomalija u merenju koja se po zakonima verovatnoće kad-tad morala pojaviti u nekom eksperimentu. Postoji mogućnost i da su teorijski proračuni predviđanja standardnog modela pogrešni ili nepotpuni, da su naučnici prevideli neke moguće interakcije virtuelnih čestica koje bi mogle objasniti novi signal. Iako objektivno fizičari imaju razloga za veselje, potrebno je još malo pričekati.
Tim iz Fermilaba obradio je podatke sa tek 6% merenja koje su sproveli do sada, dok ostale podatke tek treba obraditi u mesecima i godinama koje slede.Nadaju se da će s većim brojem obrađenih merenja signal postajati sve jači. Teorijski fizičari, podstaknuti novim nalazima, s obnovljenim su se žarom bacili na stvaranje novih teorija i izmene postojećih koje bi mogle objasniti neočekivane rezultate eksperimenta. Koji kod bio konačni zaključak naučnika iz Fermilaba, njihov će rezultat sigurno ostaviti značajan trag na polju fizike u narednih nekoliko godina.
(Izvor Jutarnji list)
