Fiziķi atkal saskata plaisu Standarta modelī: ja tas apstiprināsies, mācību grāmatas būs jāpapildina

Daļiņu fizikā ir kāds nepatīkams moments: teorija var lieliski darboties gadu desmitiem, sakrist ar tūkstošiem mērījumu, palīdzēt atklāt jaunas daļiņas, bet viena spītīga neatbilstība tik un tā neļauj mierīgi gulēt. Tieši šāds stāsts tagad atkal risinās ap B mezoniem – īslaicīgi pastāvošām daļiņām, kas rodas Lielajā hadronu paātrinātājā un sadalās citos produktos.

No pirmā acu uzmetiena tas izklausās pēc ļoti šauras laboratorijas detaļas. Viena daļiņa sadalās citā daļiņā un divos mūonos. Taču fizikā šādas detaļas dažkārt kļūst par logu uz pilnīgi jaunu pasaules slāni. Jaunākie LHCb eksperimenta dati liecina, ka reta B mezona sadalīšanās K* mezonā un mūonu pārī joprojām nenotiek gluži tā, kā paredz Standarta modelis – galvenā teorija, kas apraksta zināmās elementārdaļiņas un to mijiedarbību. CERN norāda, ka jaunā analīze apstiprinājusi iepriekš novēroto spriedzi ar Standarta modeļa prognozēm, lai gan pagaidām vēl nepieciešams vairāk datu un precīzāki teorētiskie aprēķini.

Kāpēc tas ir svarīgi?

Standarta modelis ir viena no veiksmīgākajām zinātnes teorijām. Tas izskaidro, kā uzvedas kvarki, leptoni, gluoni, fotoni, W un Z bozoni, Higsa bozons. Tas ir pārbaudīts atkal un atkal – un visbiežāk ir uzvarējis. Tomēr šī teorija nav pilnīgs Visuma apraksts. Tā neizskaidro tumšo matēriju, neietver gravitāciju kvantu līmenī un neatbild, kāpēc Visumā palicis daudz vairāk matērijas nekā antimatērijas. MIT zinātnes apskatā arī uzsvērts, ka šīs nepilnības ir viens no iemesliem, kāpēc fiziķi meklē daļiņas vai mijiedarbības ārpus Standarta modeļa robežām.

Tāpēc zinātnieki meklē ne tikai jaunas daļiņas tiešā veidā. Viņi arī pievēršas ļoti retām sadalīšanās reakcijām, kurās jauna fizika varētu parādīties netieši. Ja nezināma daļiņa ir pārāk smaga, lai Lielais hadronu paātrinātājs to saražotu tieši, tā tomēr var uz īsu brīdi „parādīties” kvantu procesos un pavisam nedaudz mainīt sadalīšanās varbūtību vai daļiņu leņķisko sadalījumu.

Tieši tāpēc B mezoni ir tik interesanti. Tiem piemīt tā dēvētais „beauty” jeb b kvarks. Šādas daļiņas pastāv neticami īsu laiku, taču to sadalīšanās reakcijas ir ļoti jutīgas pret to, kas notiek dziļākā kvantu līmenī. Citiem vārdiem, tās ir kā ārkārtīgi jutīgi sensori, kas var parādīt, ka aiz zināmās fizikas robežas atrodas vēl kaut kas.

Kas tieši nesakrīt?

Runa ir par retu B mezona sadalīšanos, kuras laikā veidojas K* mezons un divi mūoni. Fiziķi mēra ne tikai to, cik bieži notiek šāda sadalīšanās, bet arī to, kā tās produkti izkārtojas telpā. Viens no svarīgajiem lielumiem tiek saukts par P5’. Tas daudzus gadus ir radījis jautājumus, jo mērījumi nesakrita ar teorētiskajām prognozēm tik labi, kā gribētos.

CERN raksta, ka jaunākā LHCb analīze ir līdz šim sarežģītākais šīs B⁰→K*μ⁺μ⁻ sadalīšanās pētījums, kas veikts, izmantojot protonu sadursmju datus no 2011., 2012. un 2016.–2018. gada. Šī analīze vēlreiz parādīja nozīmīgu P5’ lieluma spriedzi ar teorētiskajām prognozēm, un rezultāti saskan ar iepriekšējiem LHCb mērījumiem un nesenu CMS mērījumu.

2026. gadā MIT aprakstītajā jaunākajā LHCb darbā runāts par četru standartnoviržu jeb četru sigmu neatbilstību šīs sadalīšanās kopējā leņķiskajā sadalījumā. Daļiņu fizikā tas jau ir ļoti interesanti, taču vēl nav galīgs atklājums. Parasti jaunu daļiņu vai jaunu mijiedarbību atklāšanai nepieciešams piecu sigmu slieksnis.

Kāpēc fiziķi vēl neatver šampanieti?

Tāpēc, ka fizika nav sociālo tīklu sensācija. Te nepietiek ar to, ka „kaut kas nesakrīt”. Vispirms jānoskaidro, vai neatbilstība nav eksperimenta kļūda, datu atlases efekts vai neprecīzi teorētiskie aprēķini.

B mezonu sadalīšanās ir ļoti sarežģīta, jo tajā piedalās stiprā mijiedarbība. Kvarki nepastāv vieni paši, tie ir ieslodzīti hadronos, un precīzi aprēķināt to uzvedību nav vienkārši. Tāpēc viena no iespējām ir vienkārša, bet ne tik romantiska: varbūt Standarta modelim joprojām ir taisnība, bet problēma slēpjas teorētisko prognožu neprecizitātēs.

MIT citētajā analīzē arī skaidrots, ka neatbilstība var liecināt par jaunu daļiņu ietekmi, taču tā var būt arī smalku stiprās mijiedarbības aprēķinu ierobežojumu rezultāts. Citiem vārdiem, fiziķi pagaidām redz nopietnas aizdomas, bet vēl nav pasludinājuši spriedumu.

Fiziķi jau ir apdedzinājušies

Šī piesardzība nav bez iemesla. Pirms dažiem gadiem lielu troksni radīja cita B mezonu anomāliju grupa, kas bija saistīta ar tā dēvēto leptonu universālumu. Tika pārbaudīts, vai daba noteiktās sadalīšanās reakcijās vienādi izturas pret elektroniem un mūoniem. Iepriekšējie rezultāti šķita intriģējoši, taču 2022. gadā LHCb publicēja precīzākus mērījumus, kas parādīja saderību ar Standarta modeli.

Tas ir ļoti labs atgādinājums par to, kā darbojas zinātne. Anomālija nav kļūda un nav atklājums. Tā ir aicinājums pārbaudīt vēlreiz. Dažkārt tā izzūd, kad parādās vairāk datu vai labāka analīze. Dažkārt, ļoti reti, tā saglabājas un kļūst par jaunas teorijas sākumu.

Kas notiktu, ja neatbilstība apstiprinātos?

Pat ja izrādītos, ka šeit patiešām ir jauna fizika, tas nenozīmētu, ka Standarta modelis tiks izmests atkritumu tvertnē. Nopietna zinātne nekad tā nedarbojas. Ņūtona mehānika nepazuda pēc Einšteina relativitātes teorijas rašanās – tā vienkārši kļuva par teoriju, kas lieliski darbojas noteiktās robežās. Līdzīgi būtu arī šeit: Standarta modelis paliktu ārkārtīgi precīzs tur, kur tas ir pārbaudīts, bet tiktu papildināts ar plašāku skaidrojumu.

Iespējamie skaidrojumi var būt ļoti dažādi: jaunas daļiņas, jaunas mijiedarbības, tā dēvētie lepto kvarki vai citi procesi, kas pašlaik vēl ir tikai teoriju līmenī. Tomēr pagaidām tas nav fakts. Tās ir hipotēzes, kurām jāiztur vairāk datu, vairāk neatkarīgu pārbaužu un stingrāki aprēķini.

Pašreizējo situāciju var salīdzināt ar plaisu sienā. Tā ir redzama jau sen, jaunākie mērījumi to nav aizšpaktelējuši, tāpēc neviens nevar izlikties, ka tās nav. Taču vēl jānoskaidro, vai plaisā tikai apmetums vai arī patiešām kustas ēkas pamati.

Tāpēc šis stāsts ir tik interesants. Tas nepasaka, ka fiziķi jau ir atraduši jaunu Visuma likumu. Tas pasaka ko smalkāku: viena no labākajām cilvēces teorijām atkal tiek pārbaudīta tur, kur tā varētu būt visneaizsargātākā. Un, ja šis signāls nepazudīs, daļiņu fizikas mācību grāmatās noteikti parādīsies jauna nodaļa.

Novērtējiet šo rakstu:

 

 

 

 

 

Kraunami duomenys...

Paldies par jūsu vērtējumu!