Fizikai vėl mato įtrūkimą Standartiniame modelyje: jei tai pasitvirtins, vadovėlius teks papildyti

Dalelių fizikoje yra toks nemalonus momentas: teorija gali veikti puikiai dešimtmečius, sutapti su tūkstančiais matavimų, padėti atrasti naujas daleles, bet vienas užsispyręs neatitikimas vis tiek neleidžia ramiai miegoti. Būtent tokia istorija dabar vėl sukasi apie B mezonus – trumpai gyvuojančias daleles, kurios atsiranda Didžiajame hadronų greitintuve ir skyla į kitus produktus.

Iš pirmo žvilgsnio tai skamba kaip labai siaura laboratorinė detalė. Viena dalelė skyla į kitą dalelę ir du miuonus. Tačiau fizikoje tokios smulkmenos kartais tampa langeliu į visiškai naują pasaulio sluoksnį. Naujausi LHCb eksperimento duomenys rodo, kad retas B mezono skilimas į K* mezoną ir miuonų porą vis dar elgiasi ne visai taip, kaip numato Standartinis modelis – pagrindinė teorija, aprašanti žinomas elementariąsias daleles ir jų sąveikas. CERN nurodo, kad nauja analizė patvirtino anksčiau matytą įtampą su Standartinio modelio prognozėmis, nors kol kas dar reikia daugiau duomenų ir tikslesnių teorinių skaičiavimų.

Kodėl tai svarbu?

Standartinis modelis yra viena sėkmingiausių mokslo teorijų. Jis paaiškina, kaip elgiasi kvarkai, leptonai, gliuonai, fotonai, W ir Z bozonai, Higso bozonas. Jis buvo tikrinamas vėl ir vėl – ir dažniausiai laimėdavo. Tačiau ši teorija nėra pilnas Visatos aprašymas. Ji nepaaiškina tamsiosios materijos, neįtraukia gravitacijos kvantiniu lygmeniu ir neatsako, kodėl Visatoje liko daug daugiau materijos nei antimaterijos. MIT mokslo apžvalgoje taip pat pabrėžiama, kad šios spragos yra viena iš priežasčių, kodėl fizikai ieško dalelių ar sąveikų už Standartinio modelio ribų.

Todėl mokslininkai ieško ne tik naujų dalelių tiesiogiai. Jie taip pat žiūri į labai retus skilimus, kuriuose nauja fizika galėtų pasirodyti netiesiogiai. Jei nežinoma dalelė yra per sunki, kad Didysis hadronų greitintuvas ją pagamintų tiesiogiai, ji vis tiek gali trumpam „pasirodyti“ kvantiniuose procesuose ir vos vos pakeisti skilimo tikimybę ar kampinį dalelių pasiskirstymą.

Būtent todėl B mezonai tokie įdomūs. Jie turi vadinamąjį „beauty“ arba b kvarką. Tokios dalelės gyvena neįtikėtinai trumpai, bet jų skilimai labai jautrūs tam, kas vyksta gilesniame kvantiniame lygmenyje. Kitaip tariant, jos yra tarsi itin jautrūs davikliai, galintys parodyti, kad už žinomos fizikos sienos yra dar kažkas.

Kas konkrečiai neatitinka?

Kalba eina apie retą B mezono skilimą, kurio metu susidaro K* mezonas ir du miuonai. Fizikai matuoja ne tik tai, kaip dažnai toks skilimas įvyksta, bet ir kaip erdvėje pasiskirsto jo produktai. Vienas iš svarbių dydžių vadinamas P5’. Jis daugelį metų kėlė klausimų, nes matavimai nesutapdavo su teorinėmis prognozėmis taip gerai, kaip norėtųsi.

CERN rašo, kad naujausia LHCb analizė yra iki šiol sudėtingiausias šio B⁰→K*μ⁺μ⁻ skilimo tyrimas, atliktas naudojant protonų susidūrimų duomenis iš 2011, 2012 ir 2016–2018 metų. Ši analizė dar kartą parodė reikšmingą P5’ dydžio įtampą su teorinėmis prognozėmis, o rezultatai dera su ankstesniais LHCb matavimais ir nesenu CMS matavimu.

2026 m. MIT aprašytame naujesniame LHCb darbe kalbama apie keturių standartinių nuokrypių, arba keturių sigmų, neatitikimą bendrame šio skilimo kampiniame pasiskirstyme. Dalelių fizikoje tai jau labai įdomu, bet dar ne galutinis atradimas. Paprastai naujos dalelės ar naujos sąveikos atradimui reikia penkių sigmų ribos.

Kodėl fizikai dar neatidaro šampano?

Nes fizika nėra socialinių tinklų sensacija. Čia neužtenka, kad „kažkas nesutampa“. Pirmiausia reikia išsiaiškinti, ar nesutapimas nėra eksperimento klaida, duomenų atrankos efektas arba netikslūs teoriniai skaičiavimai.

B mezonų skilimai yra labai sudėtingi, nes juose dalyvauja stiprioji sąveika. Kvarkai neegzistuoja vieni, jie yra įkalinti hadronuose, o jų elgesį tiksliai apskaičiuoti nėra paprasta. Todėl viena iš galimybių yra paprasta, bet ne tokia romantiška: gal Standartinis modelis vis dar teisus, o problema slypi teorinių prognozių netikslumuose.

MIT cituojamoje analizėje taip pat aiškinama, kad neatitikimas gali reikšti naujų dalelių poveikį, bet gali būti ir dėl subtilių stipriosios sąveikos skaičiavimo ribotumų. Kitaip tariant, fizikai kol kas mato rimtą įtarimą, bet dar neturi nuosprendžio.

Fizikai jau yra nudegę

Ši atsarga nėra be priežasties. Prieš kelerius metus daug triukšmo sukėlė kita B mezonų anomalijų grupė, susijusi su vadinamuoju leptonų universalumu. Buvo tikrinama, ar gamta vienodai elgiasi su elektronais ir miuonais tam tikruose skilimuose. Ankstesni rezultatai atrodė intriguojantys, bet 2022 m. LHCb paskelbė tikslesnius matavimus, kurie parodė suderinamumą su Standartiniu modeliu.

Tai labai geras priminimas, kaip veikia mokslas. Anomalija nėra klaida ir nėra atradimas. Tai kvietimas tikrinti dar kartą. Kartais ji išnyksta, kai atsiranda daugiau duomenų arba geresnė analizė. Kartais, labai retai, ji išlieka ir tampa naujos teorijos pradžia.

Kas būtų, jei neatitikimas pasitvirtintų?

Net jei paaiškėtų, kad čia tikrai yra nauja fizika, tai nereikštų, kad Standartinis modelis bus išmestas į šiukšliadėžę. Taip niekada neveikia rimtas mokslas. Niutono mechanika neišnyko atsiradus Einšteino reliatyvumo teorijai – ji tiesiog tapo teorija, kuri puikiai veikia tam tikrose ribose. Panašiai būtų ir čia: Standartinis modelis liktų nepaprastai tikslus ten, kur jis patikrintas, bet būtų papildytas platesniu paaiškinimu.

Galimi paaiškinimai gali būti labai įvairūs: naujos dalelės, naujos sąveikos, vadinamieji leptokvarkai ar kitokie procesai, kurie dabar dar tik teorijų lygmenyje. Tačiau kol kas tai nėra faktas. Tai hipotezės, kurios turi pereiti per daugiau duomenų, daugiau nepriklausomų patikrinimų ir griežtesnius skaičiavimus.

Dabar situaciją galima palyginti su įtrūkimu sienoje. Jis matomas jau seniai, naujesni matavimai jo neužglaistė, todėl niekas negali apsimesti, kad jo nėra. Bet dar reikia suprasti, ar skilinėja tik tinkas, ar iš tikrųjų juda pastato pamatai.

Todėl ši istorija tokia įdomi. Ji nepasako, kad fizikai jau rado naują Visatos dėsnį. Ji pasako kai ką subtilesnio: viena geriausių žmonijos teorijų vėl tikrinama ten, kur ji gali būti pažeidžiamiausia. Ir jei šis signalas neišnyks, dalelių fizikos vadovėliuose tikrai atsiras naujas skyrius.

Įvertinkite šį straipsnį:

 

 

 

 

 

Kraunami duomenys...

Ačiū už jūsų įvertinimą!