Daugiau nei 100 mokslininkų matavo vieną iš keturių fundamentalių gamtos jėgų: rezultatas jiems labai nepatiko

Tyrimo duomenys, publikuoti prestižiniame žurnale „Nature“, tiksliai atitinka dominuojančią fizikos teoriją – Standartinį modelį. Ir sudavė dar vieną smūgį mokslininkų pastangoms aptikti bent kokią šios teorijos silpnybę, kuri taptų pagrindu ieškoti naujų fizikinių atradimų, pavyzdžiui, paaiškinančių, kas yra tamsioji medžiaga ir tamsioji energija.

Nepaisant Standartinio modelio triumfo mokslo pasaulyje, jis nėra užbaigtas. Jis nepaaiškina, kas yra jau minėtos tamsioji medžiaga ir materija, kurios kartu sudaro net 95 proc. Visatos, tačiau niekada nebuvo stebėtos tiesiogiai. Teorija nepaaiškina ir gravitacijos, ir dėl ko Visatoje medžiagos yra daugiau nei antimedžiagos.

Vienas iš būdų standartinį modelį papildyti – patikrinti, ar tiesa yra tai, ką jis tvirtina apie silpnąją sąveiką, lemiančią radioaktyvių dalelių skilimą, branduolines reakcijas, dėl kurių mus šildo Saulė ir veikia atominės elektrinės. Silpnosios sąveikos stiprumas priklauso nuo vadinamojo silpnojo dalelių krūvio, lygiai kaip elektromagnetinė sąveika priklauso nuo elektrinio krūvio, o gravitacija priklauso nuo masės.

Daugelį metų trukęs eksperimentas „Q-weak“, kuriame dalyvavo daugiau nei 100 mokslininkų, atstovaujančių daugiau nei 200 mokslo institucijų, pirmą kartą mokslo istorijoje matavo protono silpnąjį krūvį.

„Mes tikėjomės, kad tai yra vienas iš kelių, leisiančių rasti skylę Standartiniame modelyje“, – sakė Jeffersono nacionalinio greitintuvo įstaigoje JAV dirbantis fizikas Gregas Smithas, „Q-weak“ eksperimente atlikęs projektų vadybininko užduotis.

Tyrimas buvo atliekamas protonų grupę bombarduojant elektronų spinduliais. Elektronų sukiniai buvo arba tiesiogiai, arba priešingai lygiagretūs spinduliui. Susidūrę su protonu elektronai turėjo išsisklaidyti – daugiausiai dėl elektromagnetinės sąveikos. Bet, anot G.Smitho, vienas iš 10 000 – 100 000 išsisklaidymų įvykdavo ir dėl silpnosios sąveikos.

Skirtingai nei elektromagnetinė sąveika, silpnoji sąveika nepripažįsta „veidrodinės simetrijos“ arba pariteto, kaip jį vadina fizikai. Taigi, kuomet išsisklaidymas vyksta dėl elektromagnetinės sąveikos, elektronas išsisklaido visada vienodai, nepriklausomai nuo jo sukinio. Kai pasireikšdavo silpnoji sąveika, tikimybė, kad elektronas išsisklaidys, labai nestipriai priklausė nuo to, ar sukinys būdavo lygiagretus, ar priešingos krypties elektrono judėjimui.

Eksperimento metu maždaug 1000 kartų per sekundę spindulys buvo keičiamas iš „lygiagrečių“ į „antilygiagrečių“ elektronų srautą mokslininkai nustatė, kad išsisklaidymo tikimybių skirtumas buvo 226,5 dalelių iš milijardo, su 9,3 dalelių iš milijardo paklaida. Galima būtų palyginti tai su atradimu, kad dviejų identiškų Everesto kalnų aukščiai skiriasi per monetos storumą su žmogaus plauko storio paklaida.

„Tai yra mažiausia ir tiksliausia kada nors išmatuota poliarizuotų elektronų išsisklaidymo nuo protonų asimetrija“, – sakė Manitobos universiteto (Kanada) fizikas Peteris Blundenas, kuris tyrime nedalyvavo. Anot jo, šie matavimų rezultatai yra įspūdingas pasiekimas. Be to, jie parodo, kad beieškant naujosios fizikos tokie santykinai mažos energijos eksperimentai savo reikšmingumu gali varžytis ir su pačiais didžiausiais pasaulyje dalelių greitintuvais.

Nors patvirtinta, kad protono silpnasis krūvis yra iš esmės toks pats, kokį prognozavo ir standartinis modelis, viltis, kad kada nors bus atrastas pagrindas naujiems fizikos dėsniams, dar nėra prarasta. Tiesiog šie rezultatai apriboja tos naujosios fizikos rėmus. Pavyzdžiui, anot G. Smitho, jie reiškia, kad mažesnės nei 3,5 teraelektronvoltų energijos reiškiniai, kuriuose dalyvauja elektrono-protono sąveika, nėra galimi.

Nors, žinoma, būtų kur kas smagiau, jeigu rezultatai Standartinio modelio prognozės nebūtų atitikę.

„Aš nusivyliau. Tikėjausi bent kokio nors nuokrypio, kokio nors signalo. Tuo tarpu kitiems žmonėms palengvėjo, kad esame labai arti to, ką prognozavo Standartinis modelis“, – teigė fizikas.