Lumea tânărului-minuscul, tărâmul cuantic, ar putea avea o aromă preferată.
Desigur, nu vorbim despre conuri de înghețată cu un fel de pictură. Lumea particulelor este împărțită în trei tabere, numite „arome” (nu întrebați de ce). De exemplu, electronii reprezintă o aromă și există alte două particule cu proprietăți aproape identice, muonul și tau, care au propriile arome. Am banuit de mult - dar nu a dovedit - ca toate cele trei arome ar trebui sa fie pe picior de egalitate.
Dar, din păcate, anii de experimente cu colizorii încep să sugereze că poate nu totul este chiar echilibrat.
Rezultatele acestor experimente sunt încă tentative și nu sunt suficient de semnificative pentru a pretinde descoperirea fermă a unei fisuri din Biblia fizicii particulelor numită Modelul Standard. Cu toate acestea, dacă rezultatele se mențin, aceasta ar putea deschide poarta de înțelegere a tuturor, de la materia întunecată la originile universului. Știi, probleme majore nesoluționate în fizica modernă.
Arome standard
Modelul standard al fizicii particulelor domnește suprem, trecând cu succes peste teste din experimente din întreaga lume de-a lungul deceniilor. Această teorie unifică înțelegerea noastră a trei dintre cele patru forțe fundamentale ale universului - electromagnetism, nucleare puternice și nucleare slabe - sub un singur banner cuantic. Toate spus, este cea mai bine testată teorie din toată știința, capabilă să explice o gamă vastă de interacțiuni fundamentale.
Cu alte cuvinte, pur și simplu nu vă confundați cu modelul standard.
Și totuși, știm că această imagine a lumii subatomice este departe de a fi perfectă. Doar pentru a numi câteva exemple, nu explică mase de neutrino sau nu ne oferă un indiciu despre materia întunecată. Majoritatea copleșitoare a fizicienilor consideră că există o altă teorie, până acum necunoscută, care cuprinde tot ceea ce Modelul Standard este în măsură să explice și lucrurile pe care nu le poate.
Lucrul cel mai important este că nu știm cum arată acea teorie sau ce predicții ar putea face. Deci nu numai că nu cunoaștem răspunsurile complete la viață, la univers și la tot ceea ce este între ele, dar, de asemenea, nu știm cum să obținem aceste răspunsuri.
Pentru a găsi indicii „O teorie mai bună”, cercetătorii sunt în căutarea oricăror imperfecțiuni sau predicții false ale modelului standard - o fisură din această teorie ar putea deschide ușa către ceva mai mare.
Una dintre numeroasele predicții ale modelului standard se referă la natura leptonilor, care sunt particule minuscule, solitare, cum ar fi electronii sau quark-urile. Leptonele sunt grupate în trei clase, cunoscute sub numele de generații sau arome în funcție de fizicianul pe care îl întrebați. Particulele cu arome diferite vor împărtăși toate aceleași proprietăți, cu excepția masei diferite. De exemplu, electronul, muonul și particula tau au toate aceeași sarcină electrică și rotire, dar muonul depășește electronul, iar tau-ul chiar mai mult - au arome diferite.
Conform modelului standard, aceste trei arome ale electronului ar trebui să se comporte exact la fel. Interacțiunile fundamentale ar trebui să producă fiecare dintre acestea cu probabilitate egală; natura pur și simplu nu poate spune diferența dintre ele, așa că nu favorizează într-adevăr o aromă față de alta.
Când vine vorba de cele trei arome, natura ia abordarea napolitană: toate.
Un rezultat frumos
Totuși, asta este toată teoria și deci ar trebui să fie testat. De-a lungul anilor, diverse experimente, precum cele efectuate în Colibrul de Hadroni de la CERN și instalația BaBar, în care particulele fundamentale se împletesc în coliziuni masive. Particulele rezultate din aceste coliziuni ar putea oferi indicii despre modul în care natura funcționează la nivelul cel mai profund. Și unele dintre aceste ciocniri au fost concepute pentru a vedea dacă natura îi place o aromă de lepton peste celelalte.
În special, un fel de particule, numit quark-ul de jos, îi place cu adevărat să se descompună în leptoni. Uneori devine un electron. Uneori un muon. Uneori un tau. Dar, indiferent de situație, toate cele trei arome au șanse egale de a ieși din epave.
Fizicienii au reușit să adune sute de milioane de astfel de decăderi ale quark-ului de jos, iar începând cu câțiva ani în urmă, ceva a apărut ceva ciudat: Natura părea să favorizeze particulele de tau în aceste interacțiuni un pic mai mult decât celelalte leptone. Cu toate acestea, abia a fost semnificativ statistic, astfel încât a fost ușor de a da curs acestor rezultate ca o simplă schemă statistică; poate, doar nu ne-am descurcat suficient de ciocniți pentru ca totul să se rezolve.
Dar, pe măsură ce anii au trecut, rezultatul s-a blocat, după cum a subliniat fizicianul Antonio Pich, de la Universitatea din Valencia din Spania, într-o trecere în revistă a acestei cercetări publicată în baza de date preimprimate arXiv în noiembrie. Natura pare destul de încăpățânată când vine vorba de aparentul său favoritism al particulei tau. Rezultatul încă nu este concludent, dar persistența sa de-a lungul anilor și de-a lungul diferitelor experimente a făcut un adevărat zgârietor.
Modelul nu atât de standard
În modelul standard, diferitele arome ale leptonilor își obțin ... bine, aroma ... prin interacțiunile lor cu bosonul Higgs: cu cât o aromă interacționează cu Higgs, cu atât este mai mare masa sa. Dar, în caz contrar, natura nu face diferență între ele, de unde prezicerea că toate aromele ar trebui să apară în mod egal în toate interacțiunile.
Dar dacă aceste așa-numite „anomalii ale aromei” sunt într-adevăr o caracteristică reală a universului nostru și nu doar niște bug-uri în colectarea datelor, atunci avem nevoie de o modalitate de a explica de ce natura ar trebui să le pese mai mult de particula tau decât de electroni sau muon. O posibilitate este aceea că ar putea exista mai mult de un fel de boson Higgs care zboară în jur - unul care să furnizeze mase de electroni și muoni, iar altul care este deosebit de îndrăgit de tau, permițându-i să iasă mai des din interacțiuni.
O altă posibilitate este că există particule în plus care vorbesc cu tau - particule pe care nu le-am văzut încă în experimente. Sau poate există o oarecare simetrie fundamentală a naturii care se dezvăluie doar prin șoaptele reacțiilor de lepton - cu alte cuvinte, o nouă forță a naturii care apare doar în aceste interacțiuni rare și obscure.
Până când nu vom face dovada (chiar acum, semnificația statistică a acestei diferențe este în jurul valorii de 3 sigma, ceea ce reprezintă o șansă de 99,3% ca acest rezultat să fie doar un fluke, în timp ce „standardul de aur” pentru fizica particulelor este de 5 sigme, sau 99,97%), nu putem ști cu siguranță. Dar, dacă dovezile se vor înăspri, am putea folosi această nouă perspectivă pentru a găsi o nouă fizică dincolo de modelul standard, deschizând posibilitatea de a explica momentele inexplicabile în prezent, cum ar fi fizica universului foarte timpuriu sau orice se întâmplă. cu materie întunecată.
