Šokiruojančius W bozono masės skirtumus galėtų paaiškinti naujos Higgso dalelės

Balandžio 7 dieną tyrėjai paskelbė dabar jau nebeveikiančio Tevatrono kolaideriu Ilinojaus valstijoje padarytą atradimą, kad W bozono masė didesnė, nei numato standartinis dalelių fizikos modelis – šokiruojančiai tikslus atradimas, kuriam paaiškinti reikia naujos fizikos. Pasirodė galinčios tai paaiškinti idėjos jau.

W bozonas yra viena iš silpnąją branduolinę sąveiką pernešančių dalelių. Jis taip pat svarbus ir neutrinų bei kitų subatominių dalių sąveikai. Prieš Tevatronu atliktus matavimus, modernūs jo masės stebėjimai telkėsi apie 80,379 gigaelektronvoltus (GeV).

Naujuoju matavimu gautas rezultatas yra 80,4335 GeV, ir skirtumo nuo ankstesnės reikšmės statistinis patikimumas yra 5 sigma – yra maždaug 1 iš 3,5 milijonų tikimybė, kad naujasis rezultatas yra atsitiktinis, o teisinga yra senoji reikšmė. Tevatrono komandos dešimtmetį trukusi duomenų analizė yra vienas iš užtikrinčiausių dalelių fizikos matavimų istorijoje.

W bozono masės anomalija rodo, kad standartiniame modelyje kažkas neteisingo ar neišsamaus. Tai pribloškia, nes remiantis standartiniu modeliu atliktos prognozės lig šiol pasižymėjo ekstraordinariu tikslumu, bet jo neišbaigtumas nebuvo netikėtumas – modelis nepaaiškina tamsiosios materijos, materijos vyravimo prieš antimateriją žinomoje visatoje ir net gravitacijos.

Paskelbus Tevatrono rezultatus, dalelių fizikai jau publikavo nemažai straipsnių, aiškinančių, kaip standartinis modelis galėtų būti pritaikytas ar praplėstas, kad jis atsižvelgtų į didesnę W bozono masę. „Aiškėja, kad jį labai lengva pritaikyti prie šios anomalijos – netgi keistoka, kad tai yra taip lengva,“ sako Ramona Gröber iš Padua universiteto Italijoje. „Anksčiau dalelių anomalijas pritaikyti buvo gerokai sunkiau.“

Daugelyje šių paaiškinimų pasitelkiamas keistas arba papildomas Higgso bozonas, fundamentalioji Higgso lauko dalelė, suteikianti masę kitoms dalelėms – tarp jų ir W bozonui. „Akivaizdžiausias didesnės W bozono masės pateisinimo mechanizmas yra arba nestandartinis Higgsas arba kitoks skaičius materijos laukų [panašių į Higgso lauką], arba abiejų kombinacija,“ sako Francesco Sannino iš Pietų Danijos universiteto. „Yra daug variacijų šia tema, bet baziniai mechanizmai tokie.“

„Netgi toks paprastas pakeitimas, kaip antro Higgso bozono pridėjimas, gali paaiškinti mūsų stebėtas reikšmes,“ sako Tevatrono komandoje dalyvavęs Ashutosh Kotwal iš Duke universiteto Šiaurės Karolinoje. „Yra sudėtingos schemos ir yra paprastos, ir mane labiausiai intriguoja paprasčiausios.“

Įvairūs siūlyti papildomi Higgso bozonai daug kuo skiriasi nuo žinomo Higgso bozono. Kai kurie perneša elektros krūvį, kai tuo tarpu įprastinis Higgso bozonas yra neutralus. Kai kurie sudaryti iš kitų, mažesnių dalelių – kai kuriuose modeliuose tai yra žinomos dalelės, tokios kaip gliuonai, sulimpantys į „klijų gumulėlio“ Glueball Higgsą – tuo tarpu kituose – potencialiai naujos dalelės, tokios, kaip vadinami technikvarkai, iš kurių būtų sudartas Technicolor Higgs. Visuose šiuose modeliuose naujos Higgso dalelės yra papildomuose laukuose, suteikiančiuose W bozonui papildomą masę.

Daugeliu iš jų taip pat siekiama išspręsti ir kitus atvirus dalelių fizikos klausimus. Pavyzdžiui, populiarus modelis, papildomą W bozono masę aiškinantis naujo tipo dalele leptokvarku, kuri galėtų paaiškinti ir kitą svarbią dalelių fizikos paslaptį – miuonų g-2 anomaliją, kai miuonai sukasi sparčiau, nei numato standartinis modelis.

Galimos naujos dalelės, vadinamos supersimetrijos dalelėmis, arba „sdalelėmis“, vienu mostu paaiškintų masyvesnį W bozoną, miuonų g-2 anomaliją, ir atsakytų į klausimą, kodėl fundamentalių dalelių masė yra būtent tokia, kokia yra.

„Tikimės, kad naujų, šia supersimetrija numatomų, dalelių masė nebus daug didesnė, nei Higgso bozono“, kuri yra viršutinė masės riba, kurią galima tirti LHC, pažymi Peter Athron iš Nanjing Normal universiteto Kinijoje. Tai paaiškintų, kodėl jos iki šiol neaptikome.

Kai kurios naujai siūlomos dalelės galėtų būti ir tamsiosios materijos kandidatės, ir paaiškintų, kodėl jų lig šiol neaptikome.

Patikrinti tiek daug idėjų ir atrasti teisingą – ilgas darbas, reikalaujantis bandymų ir kai kuriais atvejais, naujos dalelių greitintuvų kartos. „Naujos W masės jokiu būdu nepakaks naujai gamtos teorijai,“ sako Sannino. Kaip bebūtų, prieš leisdamiesi palaidais plaukais ieškoti naujų dalelių ir naujų gamtos teorijų, dalelių fizikai privalės atidžiai patikrinti Tevatrono matavimus.

„Dar per anksti galvoti apie kokią nors naują fiziką, iš pradžių reikia išsiaiškinti, kodėl šis matavimas neatitinka turimų,“ pastebi Matthias Schott iš CERN, kuris dirbo ankstesniame W bozono matavime Didžiajame hadronų greitintuve (LHC). „Akivaizdu, naujos dalelės yra daug šaunesnis paaiškinimas, bet visi kiti W bozono masės matavimai idealiai atitiko vienas kitą, o šis vienas neatitinka.“

Schottas ir jo kolegos iš CERN jau pradėjo naujo matavimo palyginimą su LHC gautais duomenimis, ir rezultatai turėtų būti gauti per 6 – 24 mėnesių, sako jis. Nuo šių rezultatų priklausys, ar pradėsime naujos fizikos paieškas.

Leah Crane
www.newscientist.com