Покојни великан научне фантастике и популаризатор науке, Исак Асимов, једном је приметио да најузбудљивија фраза у науци није „Еурека!”, већ „Хммм… ово је необично”. Управо је то фраза којом су научници из ЦЕРН-а описали резултате мерења магнетског диполног момента муона пре више од пола столећа. Најновији резултати за муон, масивнијег „брата” електрона, указују да теорија стандардни модел није сасвим поуздана.
Физичари широм света узбуђени су због најновијих резултата експеримента спроведеног у Фермилабу, недавно објављених, а најоптимистичнији се надају да се ради о првом увиду у сасвим ново подручје теоријске физике – необјашњивој аномалији за којом се трага деценијама. Покојни великан научне фантастике и популаризатор науке, Исак Асимов, једном је приметио да најузбудљивија фраза у науци није „Еурека!”, већ „Хммм… ово је необично”. Управо је то фраза којом су научници из ЦЕРН-а описали резултате мерења магнетског диполног момента муона пре више од пола столећа.
Ретко која фраза је мање инспиративна од „мерење магнетског диполног момента муона”. Оставља утисак да се ради о запећку физике, неважном експерименту који је тим научника предузео само да би могли ставити још једну квачицу на попис предвиђања стандардног модела – теорије физике која описује понашање најситнијих познатих честица и елементарних сила. Но, резултати мерења у ЦЕРН-у нису се поклапали с вредностима које су предвиђале теорије. Славља ни панике ипак није било, јер се одступање могло објаснити и могућом погрешком приликом мерења или чистом статистичком аномалијом. Поузданост резултата била је далеко од „5 сигма” – пет стандардних девијација далеко од просека, стандарда у физици који значи да су шансе да је резултат статистичка случајност мање од 1 у 3,5 милиона.
Сељење експеримента
Испитивање су потом преузели амерички научници у Брукхевен националне лабораторије. Њихов експеримент се завршио 2001, а аномалија коју су измерили досегла је висину поузданости од 3,7 сигма – шанса да је резултат био случајан пала је на 1,4%. Експеримент је потом дословно пресељен у Фермилаб – цео 14-метарски магнетни прстен који се користио у мерењу пренесен је са Лонг Ајленда у лабораторију недалеко од Чикага, где је сва опрема обновљена и унапређена, па је експеримент настављен 2015.
Ко је ово наручио?!? (CERN)
Најновији резултати с Фермилаба, објављени недавно, потврдили су постојање аномалије и подигли поузданост на 4,2 сигма – вероватноћа да се ради о случајности сада је само 0,3%. Бројни физичари широм света веома су узбуђени због овог резултата, јер он озбиљно указује на постојање теоријске рупе у стандардном моделу. Стандардни модел је до сада најпотпунија и најтачнија теорија о субатомским честицама и фундаменталним силама коју су физичари смислили, те би се могло сматрати необичним да се толико веселе подацима који прете да је сруше, но било каква аномалија у стандардном моделу са собом носи наду решења зантно већег проблема у физици.
Оно што је за субатомске честице стандардни модел, то је за макроскопски свемир – планете, звезде и галаксије – Ајнштајнова општа теорија релативности. И једна и друга теорија најбоље су досад у описивању феномена којима се баве, њихова предвиђања темељно су потврђена експериментима, и према нашим спознајама савршено описују свемир у којем се налазимо.
Теорија свега
Једини проблем јесте у томе што су те две теорије у међусобној контрадикцији. Стандардни модел не може објаснити гравитацију, а квантна физика стандардног модела „не слуша” законитости теорије релативности. Физичари, стога, већ дуже од столећа трагају за „теоријом свега” која би повезала квантну физику и гравитацију, но већ деценијама мање-више тапкају у месту.
Теорија струна, која је једно време највише обећавала, показала се као врло изгледна слепа улица, с математичким конструктима који захтевају постојање 11 димензија простор–времена да би теорија остала конзистентна. Стандардни модел и теорија релативности и даље постојано стоје као најбоље теорије чија се предвиђања могу експериментално проверити, а ниједан експеримент није успео да их доведе у питање. До сада.
Муон је честица из породице лептона, знатно масивнији „брат” електрона, с којим дели већину својстава, попут електричног набоја и спина. Као електрон и друге набијене честице, муон се понаша попут магнета који се врти, а снага његовог магнетног поља и фреквенција ротације описују се такозваним „g фактором”. Према стандардном моделу, g фактор муона морао би бити нешто мало већи од 2, када се поброје све могуће интеракције с виртуeлним честицама које предвиђа стандардни модел. Експеримент у Фермилабу управо се зато зове „Myon g-2”, јер су научници мерили колико је тачно g фактор муона већи од 2.
Резултат који су добили за g фактор муона – 2,00233184122 – за тaчно 0,00116592061 већи је од оног којег предвиђа стандардни модел. Можда се чини да је много, но код свих других провера предвиђања стандардног модела до сада, теорија је увек прецизно погодила коначан резултат. Британски научник Марк Ланкастер са Универзитета Манчестер, један од руководилаца истраживања у Фермилабу, сматра да је резултат којег су добили изузетно значајан. „Ово је очито врло узбудљиво”, казао је за BBC, „јер потенцијално указује на будућност с новим законима физике, нове честице и нову силу коју до сада нисмо видели.”
Ширење разумевања
Овакви резултати, овакве „рупе” у општеприхваћеним теоријама у прошлости су у већини случајева водиле до ширења нашег разумевања физике, и откривања дубљих закона одговорних за изузетке у резултатима, који су се обично скривали иза чињенице да поједине појаве нисмо могли мерити довољно прецизно. Ланкастер и многе његове колеге се стога надају да ће и нова аномалија довести до новог теоретског пробоја – открића неких дубљих, темељнијих закона физике који се скривају испод стандардног модела, или који ће барем проширити стандардни модел досад непознатим честицама. Највећа нада физичара јесте откриће нове, пете фундаменталне силе.
Све интеракције међу честицама и предметима које смо до сада опажали могу се описати кроз четири фундаменталне силе – електромагнетизма, гравитације, јаке и слабе нуклеарне силе. Но, различите силе на различите честице делују на различите начине – електромагнетизам, примерице, слабо делује на честице које немају електрични набој. Једна од могућности чудног понашања муона јесте да он једини од познатих честица поседује физичко својство на које, попут електромагнетизма на набој, делује нова сила. Слично се нада и професор Бен Аланах са Универзитета Кембриџ, који предосећа да би ово откриће могло бити управо оно што је годинама чекао.
„У целој својој каријери трагам за силама и честицама изван онога што већ познајемо, и ово је то”, казао је он BBC. „Ово је тренутак који сам чекао, и не спавам баш добро колико сам узбуђен.”
Друга објашњења
Ипак, постоје друга, мање узбудљива могућа објашњења, колико год мало вероватна била. И даље је могуће да је откривени сигнал само статистички шум – аномалија у мерењу која се по законима вероватноће кад-тад морала појавити у неком експерименту. Постоји могућност и да су теоријски прорачуни предвиђања стандардног модела погрешни или непотпуни, да су научници превидели неке могуће интеракције виртуелних честица које би могле објаснити нови сигнал. Иако објективно физичари имају разлога за весеље, потребно је још мало причекати.
Тим из Фермилаба обрадио је податке са тек 6% мерења које су спровели до сада, док остале податке тек треба обрадити у месецима и годинама које следе. Надају се да ће с већим бројем обрађених мерења сигнал постајати све јачи. Теоријски физичари, подстакнути новим налазима, с обновљеним су се жаром бацили на стварање нових теорија и измене постојећих које би могле објаснити неочекиване резултате експеримента. Kоји код био коначни закључак научника из Фермилаба, њихов ће резултат сигурно оставити значајан траг на пољу физике у наредних неколико година.
(Извор Јутарњи лист)
