Svarbiau už Higsą, svarbiau už gravitacines bangas…

Jei tai kas nors yra, būtent to Gian Giudice ir laukė visą savo kaip mokslininko gyvenimą. „Kalbame ne apie įsitvirtinusios teorijos patvirtinimą, bet apie durų atvėrimą į nežinomą ir netyrinėtą pasaulį,“ sako Giudice, dalelių teorinis fizikas iš CERN šalia Ženevos, Šveicarijoje.

Tai yra, jei paaiškės, kad tai išties yra kas nors. Kol kas regime tik užuominas dalelių susidūrimų nuolaužose, atsirandančias CERN garsiajame dalelių greitintuve Large Hadron Collider. Bet jei šios užuominos per artimiausias savaites ir mėnesius pasitvirtins, tai gali būti labai svarbu. Pamirškite higsą, pamirškite netgi gravitacines bangas: 2016–ieji gali tapti metais, kai buvo atskleistas naujas fundamentalaus gamtos veikimo paveikslas.

Ši viltis kyla iš dviejų „spuogelių“, įvykusių nepriklausomai, toje pačioje vietoje, naujausiuose LHC dviejų didelių detektorių, ATLAS ir CMS, duomenyse. Jie nurodo dalelės, prieš kurią nublanksta net Higgso bozonas, masę suteikianti dalelė, CERN atrasta 2012 m. liepą.

Higgsas buvo svarbus ženklas, bet visgi tai buvo kelio pabaigą žymintis riboženklis. Tai buvo aptikta paskutinioji dalelė, kurią numato Standartinis modelis (SM). Šis sudėtingų formulių rinkinys itin tiksliai atitiko visus ligšiolinius eksperimentų rezultatus, ir paaiškina trijų fundamentaliųjų gamtos jėgų veikimą: elektromagnetizmo, stipriosios ir silpnosios branduolinės sąveikos. Tačiau tai aiškiai nevisapusiškas modelis, neužsimenantis apie ketvirtąją sąveiką, gravitacinę, ir negalintis paaiškini, kodėl higso ir dar ~16 dalelių, iš kurių jis sudarytas, savybės yra būtent tokios, kokios yra – nekalbant jau apie sandarą nematomos tamsiosios materijos, kuri, manoma, dominuoja visatoje.

Norint išsivaduoti iš SM, reikia rasi kažką visiškai naujo.

Tad suprantamas susijaudinimas, supantis užuominas LHC 2015 metų – pirmų metų, kai greitintuvas veikė mažne maksimalia energija – duomenyse. Teoretikas John Ellis iš King's College London sako, kad jam neteko matyti nieko panašaus nuo pat nelaimingojo 2011 italų fizikų pranešimo apie greičiau už šviesą sklindančius neutrinus.

Paaiškėjo, kad tai tebuvo šviesos žaismas: neteisingai prijungtas optinio pluošto kabelis iškreipė eksperimento laiką. Vargu, ar tokia klaida gali pasitaikyti šiuo atveju, bet traukimas per dantį dėl negalutinių duomenų yra dirbančių su tokiais mechanizmais, kaip LHC profesinė rizika.

Protonų susidūrimų, vykstančių milijardus kartų per sekundę, nuolaužų sijojimas, siekiant aptikti ką neįprasto, – sudėtinga ir purvina užduotis. Pakankamai ilgai ir įdėmiai žiūrint, tikėtina išvysti tai, ko ieškai. Tačiau užtikrintumas randasi tik stebint tą patį dalyką vėl ir vėl.

Jei tris kartu išmetus monetą, tris kartus iškrenta herbas, tikriausiai palaikytumėte tai atsitiktinumu. Tačiau jei herbas iškristų penkis kartus iš eilės, tikriausiai imtumėte įtarti, kad moneta yra netikra. Dalelių fizikos atradimo paskelbimo „aukso standartas“ reikalauja, kad atsitiktinumo tikimybė būtų vos 1 iš 3,5 milijonų – tokį užtikrintumas atitinka herbo iškritimą tarp 21 ir 22 monetos metimų iš eilės.

Su naujaisiais LHC „spuogeliais“ tokio užtikrintumo dar nėra. Jie buvo aptikti susidūrimuose, sukūrusiuose du didelės energijos šviesos fotonus. Tokie susidūrimai šiaip jau turėtų sukurti mažiau itin didelės energijos fotonų, vien jau todėl, kad jų sukūrimui reikia, o stebukle, daugiau energijos. Ir išties, energijai didėjant, ATLAS ir CMS aptinkama mažiau „foninių“ įvykių, kylančių iš kitų gerai ištyrinėtų procesų, kuriuose sukuriami du fotonai.

Bet 750 gigaelektronvoltų (GeV) energijos, padalintos dviem fotonams, lygyje, detektoriai fiksuoja nedidelį pakilimą.

Tai yra kažko užuomina. Dalelės turi mases, ir joms yrant, ši masė virsta skilimo produktų mase ir energija. Fotonų, kurių bendra energija siekia 750 GeV perteklius rodo, kad jie kilo iš dar nežinomos dalelės, kurios masė atitinka tokią energiją.

„Kalbame ne apie įsitvirtinusios teorijos patvirtinimą, bet apie durų atvėrimą į nežinomą ir netyrinėtą pasaulį,“

Skilimai į du fotonus yra labai „švarūs“ procesai – fotonus aptikti lengviau, nei kitas daleles, ir tikėtinas foninių įvykių dažnis gerai žinomas. Panašus iškilimas grafike prie 125 GeV buvo pirmoji higso bozono egzistavimo užuomina. Šis naujausias iškilimas rodytų kol kas sunkiausią atrastą dalelę, kurios masė šešis kartus viršytų higzono masę ir beveik keturis kartus – švino atomo.

Šis signalas keistai panašus į Higgso bozonų paliktus iškilimus, kurių atradimas po pusmečio buvo patvirtintas. Tiksliai apskaičiuoti praktiškai neįmanoma, bet sudėjus ATLAS ir CMS naujausius rezultatus, paskelbtus gruodį, tikimybė, kad iškilimai tėra statistinė fluktuacija, yra viena iš kelių šimtų. Tai atitinka 9 ar 10 herbo atsivertimų iš eilės, – tiek pakanka, kad kiltų įtarimų dėl monetos tikrumo, tačiau nepakanka užtikrinimui.

Tačiau ši vilties kibirkštėlė uždegė dagtį. Vos savaitei praėjus po to, kai ATLAS ir CMS aptiktų iškilimų paviešinimo, fizikos teoretikai arXiv serveryje, kur fizikai skelbia duomenis prieš formalias publikacijas, paskelbė daugiau nei 100 galimų paaiškinimų, ir jų sparčiai daugėja.

Yasunori Nomura iš Kalifornijos universiteto, Berkeley, buvo vienas iš pirmųjų. „Paprastai tokios anomalijos nedomina, nes dauguma jų būna pernelyg neaiškios, tačiau ši yra palyginus „švari“,“ sako jis. „Mus kamuoja tam tikro lygio desperacija, nes turime išspręsti daug problemų ir neturime duomenų.“

Penktoji jėga?

Yra keletas dalykų, kuriuos galime pasakyti apie numanomą dalelę. Visų pirma, ji neturi elektrinio krūvio, ir jos sukinys – kvantų mechanikos savybė – yra apribotas. Pagal sukinių matematiką, bet kuri dalelė, skylanti į du fotonus, kurių sukinys yra 1, pati tokio sukinio – 1 – turėti negali. Be to, jos sukinys privalo būti sveikasis skaičius. Taigi, dalelė gali turėti sukinį 2, kas kai kuriems fizikams keltų idėją, kad tai yra tam tikras gravitonas – hipotetinė 2 sukinio dalelė, perduodanti gravitaciją. Tai būtų ilgai lauktas pirmasis pasireiškimas teorijos už SM ribų, apjungiančios gravitaciją su kitomis žinomomis sąveikomis.

Arba gali būti, kad dalelės sukinys yra 0, kaip kad Higgso dalelės – tiesą sakant, pagal kitą teoriją, čia apsireiškė sunkesnysis Higgso bozono pusbrolis. Bet jeigu šios numanomos dalelės sukinys 0, Nomura'os analizė rodo, kad tai nėra elementarioji dalelė: jei taip būtų, kvantų teorijos keistenybės lemtų, kad aplink ją iš vakuumo rastųsi kitų trumpaamžių elementariųjų dalelių tuntai, išpūsdami jos masę daug labiau, nei dabar.