Svijet malena, kvantnog carstva, mogao bi imati omiljeni okus.
Ne govorimo o itty-bitty konusima sladoleda, naravno. Svijet čestica podijeljen je u tri tabora, zvani "okusi" (ne pitajte zašto). Na primjer, elektroni predstavljaju jedan okus, a postoje i dvije druge čestice s gotovo identičnim svojstvima, muon i tau, koji imaju svoje vlastite okuse. Dugo smo sumnjali - ali nismo dokazali - da bi sva tri ukusa trebala biti podjednaka.
Ali, nažalost, godine s pokusima sudara počinju sugerirati da možda nije sve ravno.
Rezultati tih eksperimenata i dalje su preliminarni i nedovoljno značajni za tvrdnju o čvrstom otkriću pukotine u bibliji fizike čestica koja se zove Standardni model. Međutim, ako se dobiju rezultati, to bi moglo otvoriti vrata za razumijevanje svega, od tamne materije do porijekla svemira. Znate, glavni neriješeni problemi suvremene fizike.
Standardni okusi
Standardni model fizike čestica vlada vrhunskim i tijekom desetljeća uspješno prolaze sjajne testove eksperimenata širom svijeta. Ova teorija objedinjuje naše razumijevanje tri od četiri temeljne sile svemira - elektromagnetizam, jaka nuklearna i slaba nuklearna - pod jednim kvantnim transparentom. Sve rečeno, to je najbolje provjerena teorija u cijeloj znanosti, sposobna objasniti široku lepezu temeljnih interakcija.
Drugim riječima, jednostavno se ne zajebavate sa Standardnim modelom.
Pa ipak, znamo da je ova slika subatomskog svijeta daleko od savršene. Samo da nabrojimo nekoliko primjera, to ne objašnjava neutrinske mase niti nam daje trag o tamnoj materiji. Velika većina fizičara vjeruje da postoji još jedna, do sada nepoznata teorija, koja obuhvaća sve što Standardni model može objasniti i stvari koje ne može.
Smetnje je to što ne znamo kako ta teorija izgleda ili koja bi predviđanja mogla dati. Dakle, ne samo da ne znamo cjelovite odgovore o životu, svemiru i svemu što je između toga, mi također ne znamo kako doći do tih odgovora.
Da bi pronašli nagovještaje "Bolje teorije", istraživači tragaju za bilo kakvim nesavršenostima ili lažnim predviđanjima Standardnog modela - pukotina te teorije mogla bi otvoriti vrata nečem većem.
Jedno od mnogih predviđanja Standardnog modela tiče se prirode leptona, koji su sitne, samotne čestice poput elektrona ili kvarkova. Leptoni su grupirani u tri klase, poznate kao generacije ili okusa ovisno o tome kojeg fizičara tražite. Čestice različitih okusa dijelit će sva ista svojstva, osim različitih masa. Na primjer, svi elektroni, muon i tau čestice imaju isti električni naboj i centrifugiranje, ali muon nadmašuje elektron, a tau još više - imaju različite okuse.
Prema Standardnom modelu, ova tri okusa elektrona trebala bi se ponašati potpuno isto. Temeljne interakcije trebale bi proizvesti svaki od njih s jednakom vjerojatnošću; priroda jednostavno ne može prepoznati razliku između sebe, tako da zapravo ne favorizira jedan okus nad drugim.
Kad su u pitanju tri okusa, priroda uzima napuljski pristup: svi oni.
Lijep rezultat
To je, međutim, sva teorija, i tako bi ga trebalo testirati. Tijekom godina razni eksperimenti, poput onih izvedenih u Velikom hadronskom sudaraču u CERN-u i postrojenju BaBar, u kojem se temeljne čestice razbijaju u masovnim sudarima. Čestice koje su dobivene tim sudarima mogle bi dati naznake o tome kako priroda djeluje na najdubljim razinama. I neki su od tih sudara dizajnirani kako bi vidjeli hoće li priroda voljeti jedan okus leptona nad drugima.
Konkretno, jedna vrsta čestica, koja se naziva donji kvark, stvarno uživa u raspadanju u leptone. Ponekad postaje elektron. Ponekad muon. Ponekad tau. Ali bez obzira na sve, sva tri okusa imaju jednake šanse da izađu iz olupine.
Fizičari su uspjeli skupiti stotine milijuna takvih raspada donjih kvarkova, a počevši prije nekoliko godina u podacima se pojavilo nešto neobično: Činilo se da je priroda pogodovala tau česticama u tim interakcijama malo više od ostalih leptona. Međutim, to je bilo jedva statistički značajno, pa je bilo lako odvaliti ove rezultate kao puki statistički mlaz; možda, jednostavno nismo dovoljno pokrenuli sudare da se sve izjednači.
No kako su godine prolazile, rezultat je zapeo, kao što to pokazuje fizičar Antonio Pich sa Sveučilišta u Valenciji u Španjolskoj u pregledu ovog istraživanja objavljenom u bazi podataka prije pretiska arXiv u studenom. Priroda izgleda prilično tvrdoglavo kada je u pitanju njezin očigledni favoriziranje tau čestica. Rezultat još uvijek nije uvjerljiv, ali njegova upornost tijekom godina i tijekom različitih eksperimenata učinili su se pravim grebanjem glave.
Ne-tako standardni model
U Standardnom modelu različiti okusi leptona dobivaju svoj… dobro, ukus… njihovim interakcijama s Higgsovim bozonom: Što više aroma djeluje na Higgsove, veća je i njegova masa. Ali inače ih priroda ne razlikuje, stoga predviđa da bi se svi okusi trebali pojaviti jednako u svim interakcijama.
Ali ako su ove takozvane "anomalije okusa" doista stvarna karakteristika našeg svemira, a ne samo neka buba u prikupljanju podataka, onda nam treba neki način da objasnimo zašto bi priroda trebala brinuti više o tau česticama nego o elektronu ili muonu. Jedna je mogućnost da možda postoji više vrsta Higgsovog bozona koji lete naokolo - jedan za opskrbu mase elektrona i muona, a drugi koji je posebno omiljen u tauu, omogućavajući mu češće iskakanje iz interakcija.
Druga je mogućnost da postoje dodatne čestice koje razgovaraju sa tau - čestice koje još nismo vidjeli u eksperimentima. Ili možda postoji neka temeljna simetrija prirode koja se otkriva samo šaptom leptonskih reakcija - drugim riječima, neke nove sile prirode koja se pojavljuje samo u tim nejasnim, rijetkim interakcijama.
Dok ne napravimo dokaze (trenutno, statistička značajnost ove razlike je oko 3-sigma, što predstavlja 99,3% šanse da je ovaj rezultat samo fluke, dok je "zlatni standard" za fiziku čestica 5-sigma, ili 99,97%), ne možemo sa sigurnošću znati. Ali ako se dokazi pooštre, potencijalno bismo mogli upotrijebiti ovaj novi uvid da bismo pronašli novu fiziku izvan standardnog modela, otvarajući mogućnost objašnjenja trenutno neobjašnjivih, kao što je fizika vrlo ranog svemira ili što god se događa. s tamnom materijom.
