Atsisveikinkite su senuoju standartiniu modeliu: CERN yra vienu žingsniu arčiau naujų jėgų fizikoje patvirtinimo (Video)

Šių metų pradžioje didysis hadronų greitintuvas (angl. Large Hadron Collider, LHC) leido paskelbti naujų ir įdomių įrodymų, rodančių naują fizikos jėgą. Dabar, po kelis mėnesius trukusių svarstymų didžiulis CERN dalelių greitintuvas žengė vienu žingsniu arčiau, kad patvirtintų šią istorinę išvadą.

Tyrimą galima rasti išankstinio spausdinimo serveryje.

Nors naujiems neseniai atlikto tyrimo rezultatams dar reikia užbaigti tarpusavio peržiūros procesą, galime artėti prie mums žinomo standartinio modelio pabaigos. Taigi atsisveikinkite.

Standartinio modelio neišsamumas

Standartinis modelis neabejotinai yra sėkmingiausia kada nors sukurta mokslinė teorija, tačiau ji taip pat neišsami. Standartinis modelis – teorija, aprašanti stipriąją, silpnąją ir elektromagnetinę sąveikas bei fundamentaliąsias daleles, iš kurių sudaryta materija. Tai kvantinė lauko teorija, kuri remiasi kvantine mechanika ir specialiąja reliatyvumo teorija. Šiuo metu visi eksperimentai patvirtina, kad Standartinis modelis teisingas.

Gravitacija yra už standartinio modelio ribų, o pastarasis taip pat nepaaiškina tamsiosios medžiagos, kuri, kaip žinome, dominuoja kosmose. Standartinis modelis taip pat neturi ką pasakyti apie Didįjį sprogimą.

Dauguma fizikų yra gana tikri, kad mūsų atradimo laukia daugiau gamtinių jėgų, o nuolatinis pagrindinių dalelių, vadinamų kvarkais, tyrimas tapo ypač patrauklia priemone atrasti naujų įrodymų apie tai, kas yra už standartinio modelio ribų.

Kvarkas – viena iš dviejų fundamentaliųjų medžiagos sudedamųjų dalių pagal standartinį modelį (kita dalis – leptonai). Šiuo metu žinomi šeši kvarkai: kylantysis, krintantysis, keistasis, žavusis, gelminis ir viršūninis.

Pirmieji du (kylantysis ir krintantysis) kvarkai sudaro neutronus ir protonus, kurie savo ruožtu tarnauja kaip atomo branduolio statybiniai blokai. Kita vertus, gelminiai kvarkai yra nestabilūs ir vidutiniškai gyvena maždaug 1,5 trilijono sekundės, o vėliau skyla į skirtingas daleles.

Skilimas į miuonus yra šiek tiek retesnis nei skilimas į elektronus

Kai gelminiai kvarkai skyla, per silpnąją sąveiką jie virsta lengvesnių dalelių, tokių kaip elektronai, pora. Ir vienas iš būdų, kaip nauja gamtos jėga galėtų mums atsiskleisti, yra subtilus gelminių kvarkų skilimo į įvairias daleles dažnio pasikeitimas.

Ankstesnis, kovo mėn. tyrimas apie tą patį reiškinį pažvelgė į LHCb eksperimento duomenis („b“ reiškia „gelminiai“, angl. bottom quark arba beauty quark).

Dalelių fizikos standartiniame modelyje, matematiniame pagrinde, kuriuo grindžiamos mokslininkų žinios apie subatominį pasaulį, griežtai nurodyta, kad dalelės turi skilti į kitas daleles, turinčias elektronų, lygiai tokiu pačiu greičiu, kokiu skyla į daleles, turinčias sunkesniųjų elektrono giminaičių – miuonų.

Tačiau kovo mėn. tyrimo rezultatai parodė, kad gelminiai kvarkai skildavo į elektronus didesniu tempu nei į miuonus. Taigi, CERN rezultatai leidžia daryti prielaidą, kad vyksta kažkas neįprasto. Gelminiai kvarkai neskyla taip, kaip turėtų pagal modelį: dėl kažkokios priežasties susidaro daugiau elektronų turinčių dalelių nei turinčių miuonų.

Kalbant fizikų žargonu, rezultatų reikšmingumas lygus 3,1 sigmos, t. y. tikimybė, kad jie klaidingi, yra maždaug viena iš tūkstančio. Nors šis skaičius skamba visai neblogai, paprastai dalelių fizikai neskuba kalbėti apie naują atradimą, kol rezultatų reikšmingumas tampa lygus penkioms sigmoms. Tokiu atveju tikimybė apsirikti sumažėja iki vienos iš keleto milijonų.

Kol tikimybė nesumažėjo, šios išvados išlieka labai perspektyvios.