Ovoga ljeta u Chicagu, od 3. do 10. kolovoza, teoretičari i eksperimentalni fizičari iz cijelog svijeta sudjelovat će na Međunarodnoj konferenciji fizike visokih energija (ICHEP). Jedan od najvažnijih događaja ove konferencije dolazi iz laboratorija CERN-a, gdje fizičari čestica prikazuju bogatstvo novih podataka koje je Veliki hadronski sudarač (LHC) proizveo do sada ove godine.
No usred svih uzbuđenja koja proizlaze iz mogućnosti ugledati se u više od 100 najnovijih rezultata, morale su se podijeliti i neke loše vijesti. Zahvaljujući svim novim podacima koje je dao LHC, šansa da se otkrije nova elementarna čestica - mogućnost koja se počela pojavljivati vjerojatno prije osam mjeseci - sada je izblijedjela. Šteta, jer postojanje ove nove čestice moglo bi biti revolucionarno!
Indikacije o ovoj čestici prvi put su se pojavile u prosincu 2015., kada su timovi fizičara koji koriste dva CERN-ova detektora čestica (ATLAS i CMS) primijetili da sudari koje je izveo LHC proizvode više parova fotona nego što se očekivalo i sa kombiniranom energijom od 750 gigaelektronvolta. Iako je najvjerojatnije objašnjenje bio statistički slučaj, postojala je još jedna zamorna mogućnost - da vide dokaze o novoj čestici.
Ako je ova čestica doista stvarna, onda je to vjerojatno bila teža verzija Higgsovog bozona. Ovu česticu, koja ostalim elementarnim česticama daje masu, otkrili su 2012. godine istraživači u CERN-u. No dok je otkriće Higgsovog bozona potvrdilo Standardni model fizike čestica (koji je znanstvena konvencija posljednjih 50 godina), moguće postojanje ove čestice nije bilo u skladu s njom.
Druga, možda još uzbudljivija teorija bila je da je čestica dugo traženi gravitron, teorijska čestica koja djeluje kao „nosilac sile“ za gravitaciju. Kad bi doista i bilo ovaj čestica, onda bi znanstvenici napokon mogli objasniti kako Opća relativnost i kvantna mehanika idu zajedno - nešto što im je desetljećima izbjegavalo i kočilo razvoj Teorije svega (ToE).
Zbog toga je u znanstvenoj zajednici došlo do popriličnog uzbuđenja, s tim više od 500 znanstvenih radova. Međutim, zahvaljujući ogromnoj količini podataka dobivenih u posljednjih nekoliko mjeseci, istraživači CERN-a bili su prisiljeni objaviti u petak na ICEP-u 2016 da ne postoje novi dokazi o postojanju čestica.
Rezultate su predstavili predstavnici timova koji su prvi primijetili neobične podatke u prosincu prošle godine. CERN-ov detektor ATLAS koji je prvi zabilježio parove fotona bio je Bruno Lenzi. U međuvremenu, Chiara Rovelli predstavlja natjecateljski tim koji koristi Compact Muon Solenoid (CMS), koji je potvrdio očitanja.
Kao što su pokazali, čitanja koja su ukazivala na pukotine fotonskih parova prošlog prosinca otišla su u ravninu i uklonila svaku sumnju je li to bila pahulja. Međutim, kao Tiziano Campores - glasnogovornik C.M.S. - citirao je New York Times kao što su rekli uoči najave, timovima je uvijek bilo jasno da to nije vjerojatna mogućnost:
"Ne vidimo ništa. Zapravo čak i mali deficit postoji upravo u tom trenutku. To je razočaravajuće jer je zbog toga napravljeno toliko preljuba. [Ali] o tome smo uvijek bili vrlo cool. "
Ti su rezultati također navedeni u radu koji je C.M.S. podnio CERN-u. tim istog dana. I CERN Laboratories ponovio je ovu izjavu u nedavnom priopćenju za javnost koje se bavilo posljednjim pregledom podataka koji je predstavljen na ICEP 2016:
„Konkretno, intrigantan nagovještaj moguće rezonancije na 750 GeV koji propada u fotonske parove, što je izazvalo značajan interes iz podataka za 2015. godinu, nije se ponovo pojavio u mnogo većem skupu podataka za 2016. godinu, pa se čini da je to statističko kolebanje.“
Ovo je bila razočaravajuća vijest, jer je otkriće nove čestice moglo rasvijetliti mnoga pitanja koja su proizašla iz otkrića Higgsovog bozona. Otkako su je prvi put promatrali 2012., a kasnije potvrdili, znanstvenici se trude razumjeti kako je to da upravo stvar koja daje drugim česticama njihovu masu može biti tako „lagana“.
Unatoč najtežoj elementarnoj čestici - s masom od 125 milijardi volta elektrona - kvantna teorija predviđala je da Higgsov bozon mora biti trilijun puta teža. Da bi to objasnili, teorijski se fizičari pitaju postoje li u stvari neke druge sile koje drže masu Higsovog bozona u zraku - tj. Neke nove čestice. Iako još nisu otkrivene nove egzotične čestice, dosadašnji rezultati i dalje su ohrabrujući.
Primjerice, pokazali su da su eksperimenti s LHC-om već zabilježili oko pet puta više podataka u posljednjih osam mjeseci nego što su bili u protekloj godini. Također su ponudili znanstvenicima uvid u to kako se ponašaju subatomske čestice energijom 13 trilijuna elektrona (13 TeV), što je na novoj razini dosegnutoj prošle godine. Ova je razina energije omogućena zbog nadogradnje na LHC-u tijekom dvogodišnje stanke; prije toga djelovao je s samo pola snage.
Još jedna stvar kojom se valja hvaliti bila je činjenica da je LHC nadmašio sve dosadašnje rekorde performansi ovog lipnja, dosegnuvši vrhunsku blistavost od milijardu sudara u sekundi. Sposobnost provođenja eksperimenata na ovoj energetskoj razini i uključivanje ovolikih sudara osiguralo je istraživačima LHC-a dovoljno velik skup podataka da su u stanju provesti preciznija mjerenja procesa Standardnog modela.
Konkretno, oni će biti u stanju tražiti nepravilne interakcije čestica pri velikoj masi, što predstavlja neizravni test za fiziku izvan standardnog modela - posebno nove čestice predviđene teorijom supersimetrije i drugima. I dok još uvijek nisu otkrili nove egzotične čestice, dosadašnji rezultati i dalje su ohrabrujući, uglavnom zato što pokazuju da LHC daje više rezultata nego ikad.
I dok bi otkrivanje nečega što bi moglo objasniti pitanja koja proizlaze iz otkrića Higgsovih bozona bilo veliko otkriće, mnogi se slažu da je jednostavno bilo prerano da se nadamo. Kako je rekla Fabiola Gianotti, generalna direktorica CERN-a:
"Mi smo tek na početku putovanja. Izvanredne performanse LHC akceleratora, eksperimenti i proračunska tijela izuzetno su dobri za detaljno i sveobuhvatno istraživanje nekoliko TeV energetskih ljestvica, te značajan napredak u našem razumijevanju osnovne fizike. "
Za sada se čini da ćemo svi morati biti strpljivi i čekati da se stvore još znanstveni rezultati. I svi se možemo utješiti u činjenici da se, barem za sada, standardni model još uvijek čini ispravnim. Jasno je da nema kratkih prečica kad je u pitanju kako svemir funkcionira i kako se sve njegove temeljne sile stapaju zajedno.
