Când marele accelerator de particule al Cern, Large Hadron Collider (LHC), a fost lansat acum zece ani, au existat speranțe că vor fi descoperite în curând noi particule care ne-ar putea ajuta să descoperim cele mai profunde mistere ale fizicii.
Materia întunecată, găurile negre microscopice şi dimensiunile ascunse, au fost doar câteva dintre ele.
Dar, în afară de descoperirea spectaculoasă a bosonului Higgs, proiectul nu a reușit să ofere niciun indiciu cu privire la ceea ce s-ar putea afla dincolo de modelul standard al fizicii particulelor, cea mai reuşită teorie actuală a micro-cosmosului.
Vedeţi şi: LHC a detectat din nou bosonul Higgs, de această dată într-un dans cu top quarcul
Aşadar, noul studiu de la LHC (en), unul din cele patru experimente mari, probabil, va face ca inimile fizicienilor să bată puţin mai repede.
După ce au fost analizate trilioane de coliziuni produse în ultimul deceniu, există posibilitatea că vor fi văzute dovezi a ceva cu totul nou — un potențial purtător al unei noi forțe a naturii.
Dar entuziasmul e temperat de o prudenţă extremă.
Modelul standard a rezistat fiecărui test experimental la care a fost supus, de când a fost asamblat în anii 1970, deci pentru a susține că în sfârșit vedem ceva ce nu poate explica, necesită dovezi extraordinare.
Anomalie ciudată
Modelul standard descrie natura la cea mai mică scară, inclusiv şi aşa particule elementare cunoscute sub numele de leptoni (cum ar fi electronii) şi quarcii (ce se pot uni pentru a forma particule mai grele, cum ar fi protonii şi neutronii) şi forţele cu care interacționează.
Vedeţi şi: Fizicienii descoperă o nouă clasă misterioasă de particule ce conțin cinci quarci
Există multe tipuri diferite de quarci, unii dintre care sunt instabili şi se pot descompune în particule.
Noul rezultat se referă la o anomalie experimentală, ce a fost sugerată pentru prima dată în anul 2014 (en), când fizicienii LHCb au observat quark-uri „beauty” (en) ce se descompun în moduri neașteptate.
În mod specific, quarcii beauty păreau să se descompună în leptoni numiți „muoni”, mai rar decât în electroni.
Ceva ciudat, deoarece muonul este, în esență, o copie la indigo a electronului, identic din toate punctele de vedere, cu excepția a faptului că e aproximativ de 200 de ori mai greu.
Quarcii beauty ar fi trebuit să se descompună în muoni la fel de des ca şi în electroni.
Unicul mod în care aceste descompuneri s-ar putea întâmpla la rate diferite, ar trebui să fie prezenţa unor particule nemaivăzute până acum ce s-ar implica în proces, înclinând cântarul împotriva muonilor.
Vedeţi şi: O nouă descoperire ar putea ajuta la dezvăluirea originii universului
Deşi rezultatul din 2014 a fost interesant, el nu a fost suficient de precis pentru a trage o concluzie fermă.
De atunci, au apărut o serie de alte anomalii în procesele conexe.
Luate fiecare în parte, toate erau prea subtile, pentru ca cercetătorii să fie convinși că sunt semne autentice ale unei noi fizici, dar, în mod tentant, toate păreau să indice într-o direcție similară.
Marea întrebare a fost dacă aceste anomalii ar deveni mai puternice pe măsură ce vor fi analizate mai multe date sau ele se vor evapora în nimic.
În 2019 LHCb a efectuat din nou aceeași măsurare (en) a descompunerii quark-ului beauty, dar incluzând date suplimentare luate în anii 2015 şi 2016.
Dar lucrurile nu au devenit mult mai clare decât au fost cinici ani mai înainte.
Rezultatele noi
Rezultatele din prezent dublează setul de date existent prin adăugarea eșantionului înregistrat în 2017 şi 2018.
Pentru a evita introducerea accidentală a prejudecăților, datele au fost analizate „orb” — oamenii de știință nu au putut vedea rezultatul până când nu au fost testate şi revizuite toate procedurile utilizate în măsurare.
Mitesh Patel, fizician la de particule la Imperial College London şi unul dintre liderii experimentului, a descris entuziasmul pe care l-a simţit când a venit momentul analizei rezultatului.
„Eu, de fapt, tremuram”, a spus el (en), „mi-am dat seama că aceasta a fost probabil cel mai interesant lucru pe care l-am făcut în cei 20 de ani de fizică a particulelor”.
Când rezultatul a apărut pe ecran, anomalia era încă prezentă acolo — în jur de 85 de muoni descompuși la fiecare 100 de electroni, dar cu o incertitudine mai mică ca înainte.
Ceea ce va entuziasma mulți fizicieni este că incertitudinea rezultatului este acum peste „trei sigme” — felul oamenilor de știință de a spune că există doar aproximativ o șansă din 1000 ca rezultatul să fie o coincidență întâmplătoare în date.
Convențional, fizicienii particulelor numesc orice peste trei sigme „dovezi”.
Cu toate acestea, suntem încă departe de o „descoperire” sau „observare” confirmată — care ar necesita cinci sigme.
Teoreticienii au arătat că este posibil să se explice această anomalie (şi altele) prin recunoașterea existenței unor particule noi, ce influențează modurile în care se descompun quarcii.
Una dintre posibilități este particula numită „prim Z” — în esenţă, un purtător al unei noi forţe a naturii.
Vedeţi şi: Oamenii de știință cred că tocmai au descoperit a cincea forță a naturii
Această forţă ar fi extrem de slabă, motiv pentru care nu am văzut semne a acesteia până acum, şi ea ar trebui să interacţioneze diferit cu electronii şi muonii.
O altă opţiune este ipoteticul leptoquark — o particulă care are capacitatea unică de a se descompune simultan în quark şi leptoni şi ar putea face parte dintr-un puzzle mai mare, care explică de ce noi vedem particulele din natură.
Vedeţi şi: O particulă exotică nemaivăzută până acum a fost descoperită la CERN
Interpretarea constatărilor
Deci, am văzut noi în cele din urmă dovezi ale unei fizici noi?
Ei bine, posibil, posibil că nu.
La LHC se fac o mulţime de măsurători, aşa că v-aţi putea aștepta ca cel puțin unele dintre ele să se abată aşa tare de la modelul standard.
„Şi noi nu putem niciodată să ignorăm în totalitate posibilitatea ca în experimentul nostru să existe o anumită părtinire pe care noi nu am luat-o în considerare în mod corespunzător, chiar dacă acest rezultat a fost verificat extraordinar de minuțios”, spune echipa (en).
În cele din urmă, imaginea va deveni mai clară doar cu mai multe date.
LHCb este în prezent în curs de actualizare majoră pentru a creşte esențial rata de înregistrare a coliziunilor.
Chiar dacă anomalia va persista, probabil că va fi acceptată pe deplin numai după ce un experiment independent va confirma rezultatele.
O posibilitate interesantă este că am putea fi capabili să detectăm noile particule responsabile pentru efectul creat direct în coliziunile de la LHC.
Între timp, experimentul Belle II (en) din Japonia ar trebui să poată face măsurători similare.
Ce ar putea însemna acest lucru pentru viitorul fizicii fundamentale?
Dacă ceea ce vedem este cu adevărat vestitorul unor noi particule fundamentale, atunci va fi, în cele din urmă, descoperirea după care oamenii de ştiinţă tânjesc zeci de ani.
Noi, în sfârşit, vom vedea o parte a unei imagini mai mari ce se află dincolo de modelul standard, care, în cele din urmă, ne-ar putea permite să descoperim orice număr de mistere stabilite.
Mistere, aşa ca natura materiei întunecate invizibile ce umple universul sau natura bosonului Higgs.
Vedeţi şi: Pentru prima dată a fost observată descompunerea bosonului Higgs – Modelul Standard a rezistat
Aceasta, ar putea ajuta teoreticienii să unifice particulele şi forţele fundamentale.
Sau, ceea ce posibil ar fi mai bine, ar putea indica ceva ce nici măcar nu am luat în considerare.
Deci, ar trebuie oare să fim încântați?
Da, astfel de rezultate nu apar prea des, aşa că vânătoarea e în plină desfășurare.
Dar, ar trebui să fim prudenți şi modeşti; afirmaţiile extraordinare necesită dovezi extraordinare.
Doar timpul şi munca grea ne vor spune dacă am văzut prima licărire a ceea ce se află dincolo de înţelegerea noastră actuală a fizicii particulelor.
Articolul vrea sa para interesant dar, din păcate, nu spune nimic din care sa intelegi în ce consta aceasta „formidabila” descoperire pentru om, natura, etc. Generalitati. Puteti fi mai explicit ? Multumesc.
Ma întreb ce se studiaza de fapt la Large Hadron Collider (LHC) de la CERN, pentru ca îmi închipui ca nu se investesc o grămada de bani în sistemul acesta capitalist unde doar banul conteaza , doar de dragul unei cercetari fundamentale. Chestia cu bossonul Higgs sau cu nu știu ce particule noi descoperite consider ca sunt vrajeli pentru a mai amorti suspiciunile prostimii, iar ceea ce se cerceteaza efectiv vor știi și folosi doar cei ce au bagat bani acolo. Așa ca CERN-ul nu prezinta nici un interes pentru omul obișnuit și nu îi aduce nici o îmbunățățire a vieții ci servesc interesele celor avuți, nu omenirii în general.