Veliki hadronski sudarač (LHC) izazvao je svjetsko uzbuđenje u ožujku jer su fizičari koji se bave česticama izvijestili primamljive dokaze za novu fiziku - potencijalno novu silu prirode.
"Čini se da naš novi rezultat, koji se tek treba recenzirati, iz CERN-ovog ogromnog sudarača čestica dodaje daljnju podršku toj ideji", piše za Science Alert Harry Cliff, fizičar sa Sveučilišta u Cambridgeu.
Naša trenutna najbolja teorija čestica i sila poznata je kao standardni model, koji s nepogrešivom točnošću opisuje sve što znamo o fizičkim stvarima koje čine svijet oko nas. Standardni model je bez sumnje najuspješnija znanstvena teorija ikad zapisana, a istovremeno znamo da mora biti nepotpuna. Poznato je da opisuje samo tri od četiri temeljne sile - elektromagnetsku, jake i slabe sile, izostavljajući gravitaciju. Nema objašnjenje za tamnu materiju za koju nam astronomija kaže da dominira svemirom i ne može objasniti kako je materija preživjela tijekom Velikog praska.
Većina fizičara je stoga uvjerena da mora postojati još svemirskih sastojaka koji će se tek otkriti, a proučavanje raznih temeljnih čestica poznatih kao kvarkovi ljepote posebno je obećavajući način da se nasluti što bi još moglo biti vani. Kvarkovi ljepote, koji se ponekad nazivaju i donji kvarkovi, temeljne su čestice koje sačinjavaju veće čestice. Postoji šest načina kvarkova koji se nazivaju gore, dolje, čudno, šarm, ljepota/dno i istina/vrh. Gore i dolje kvarkovi, na primjer, čine protone i neutrone u atomskoj jezgri.
Kako bi nam se mogla obznaniti?
Kvarkovi ljepote su nestabilni, u prosjeku žive samo 1,5 bilijuntinki sekunde prije nego što se raspadnu na druge čestice. Način raspadanja kvarkova ljepote može biti pod jakim utjecajem postojanja drugih temeljnih čestica ili sila. Kad se kvark ljepote raspadne, on se pod utjecajem slabe sile pretvara u skup lakših čestica, poput elektrona. Jedan od načina na koji bi nam nova sila prirode mogla obznaniti je tako da suptilo mijenja koliko se često kvarkovi ljepote raspadaju na različite vrste čestica.
U ožujku se rad temeljio na podacima iz eksperimenta LHCb, jednog od četiri divovska detektora čestica koji bilježe ishod ultra-energetskih sudara proizvedenih LHC-om. ("b" u LHCb znači "ljepota".) Utvrđeno je da se kvarkovi ljepote raspadaju na elektrone, a njihovi teži rođaci zvani mioni različitom brzinom. To je doista bilo iznenađujuće jer je prema standardnom modelu muon u osnovi kopija elektrona - identičan u svakom pogledu, osim što je oko 200 puta teži.
To znači da bi sve sile trebale privlačiti elektrone i mione s jednakom snagom - kad se kvark ljepote raspadne u elektrone ili mione putem slabe sile, to bi trebao činiti jednako često. Umjesto toga, moje kolege su otkrile da se raspad miona događa samo oko 85 posto toliko českoliko i raspad elektrona. Pod pretpostavkom da je rezultat točan, jedini način da se objasni takav učinak bio bi ako neka nova sila prirode koja drugačije privlači elektrone i mione ometa način na koji kvarkova ljepote propadaju.
Veliko uzbuđenje među fizičarima
Rezultat je izazvao veliko uzbuđenje među fizičarima čestica. Desetljećima smo tragali za znakovima nečega izvan standardnog modela, i unatoč desetogodišnjem radu u LHC-u do sada nije pronađeno ništa uvjerljivo. Dakle, Cliff zaključuje, otkriće nove sile prirode bila bi ogromna stvar i konačno bi moglo otvoriti vrata odgovoru na neke od najdubljih misterija s kojima se moderna znanost suočava.
"Iako je rezultat bio primamljiv, nije konkluzivan. Sva mjerenja dolaze s određenim stupnjem nesigurnosti ili 'pogreške'", napisao je Harry Cliff.
