Egy CERN-kísérlet a természet új erejét fedezte fel
A szakértők megosztották örömüket azon új felfedezéssel kapcsolatban, hogy az instabil részecskék nem bomlanak le úgy, ahogy azt a standard modell sugallta.
Fotó: CERN
A Genf közelében található Nagy Hadronütköztető tudósai szokatlan jelet észleltek adataikban, ami egy újfajta fizika első jele lehet. Az LHCb kollaboráció, az LHC négy fő csapatának egyike, egy 10 éves adatot elemzett arról, hogy a hatalmas gépben pillanatnyilag létrejött instabil részecskék, a B-mezonok miként bomlanak le ismertebb anyagokká, például elektronokká.
A részecskefizika standard modelljeként ismert matematikai keretrendszer, amely alátámasztja a tudósok szubatomi világát, szilárdan fenntartja, hogy a részecskéknek pontosan ugyanolyan sebességgel kell lebomlaniuk elektronokat tartalmazó elemekre, mint azt az elektronnál nehezebb, müonnak nevezett részecske teszi.
A CERN által kedden közzétett eredmények arra azonban utalnak, hogy valami szokatlan történik. A B-mezonok nem bomlanak le úgy, ahogy a modellek szerint kellene: ahelyett, hogy elektronokat és müonokat azonos sebességgel állítanának elő, a természet úgy tűnik, hogy az elektronokkal végződő útvonalat részesíti előnyben.
„Arra számítanánk, hogy ez a részecske az elektronokat tartalmazó végállapotba és a müonokat tartalmazó végállapotba ugyanolyan ütemben bomlik” – mondta Chris Parkes professzor, a Manchesteri Egyetem kísérleti részecskefizikusa és az LHCb kollaboráció szóvivője. „Érdekes utalásunk van arra, hogy ez a két folyamat talán nem azonos ütemben zajlik, de ez nem döntő bizonyíték.”
A fizika szóhasználatában az eredmények szignifikanciája 3,1 szigma, vagyis annak az esélye, hogy szerencséjük legyen, körülbelül egy az 1000-ből. Noha ez meggyőző bizonyítéknak tűnik, a részecskefizikusok hajlamosak megfeledkezni az új felfedezésről, amíg az eredmény el nem éri az öt szigmát, ahol annak esélye, hogy statisztikai hiba csússzon a gépezetbe, csupán egy a millióhoz.
A részecskefizika standard modellje leírja a szubatomi világot irányító részecskéket és erőket, az elmúlt fél évszázadban pedig szépen felépítve meghatározta, hogy a kvarkoknak nevezett elemi részecskék hogyan építik fel az atomok belsejében a protonokat és a neutronokat, és hogy ezek általánosságban miként alkotják az elektronokkal kombinálva az összes ismert anyagot. A modell a természet négy alaperejéből hármat is megmagyaráz: elektromágnesesség; az nagyobb erő, amely összetartja az atommagokat; és a kisebb erő, amely nukleáris reakciókat vált ki a Napban.
De a standard modell nem ír le mindent és nem magyarázza meg a negyedik erőt, a gravitációt, és talán még szembeötlőbb, hogy nem mond semmit az univerzum 95 százalékáról sem, amely a fizikusok véleménye szerint nem a normális, általunk ismert anyagból épül fel.
Úgy vélik, hogy a kozmosz nagy része sötét energiából áll, amely erő látszólag az univerzum terjeszkedését vezérli, és a sötét anyagból, egy titokzatos anyagból, amely úgy tűnik, hogy egy láthatatlan csontvázként tartja helyén az anyag kozmikus hálóját.
„Ha a további folyamatok további elemzésével kiderül, hogy ezt sikerült megerősítenünk, az rendkívül izgalmas lenne” – mondta Parkes. „Ez azt jelentené, hogy valami nincs rendben a standard modellel, és hogy a részecskefizika alapelméletében valami extra dologra van szükségünk, hogy elmagyarázzuk, hogyan fog ez megtörténni.” Ha az eredmény igaznak bizonyul, az az eddig hipotetikus részecskéknek, úgynevezett Z-prímeknek vagy leptoquarkoknak betudható, amelyek új erőket visznek át más részecskékre.
„Létezhet egy új kvantumerő, amely miatt a B-mezonok rossz sebességgel törnek müonokká. Összeállítja őket, és megakadályozza, hogy müonokká bomoljanak az elvárt ütemben ”- mondta Allanach. „Ez az erő segíthet megmagyarázni a különböző anyagrészecskék tömegének sajátos mintázatát.” A tudósok további adatokat gyűjtenek az LHC-ről és más, a világ minden tájáról végzett kísérletekről, például a japán Belle II-ről annak reményében, hogy megerősítik a történteket.
