Veliki hadronski sudarač čestica (LHC) opet puni naslovnice svjetskih medija otkrićima, a najnovije, moglo bi značiti i svitanje neke "nove fizike", izvan Standardnog modela.


Najnovija analiza propadanja mezona ljepote, nagovještava rađanje "nove fizike", čemu su pridonijeli fizičari s Instituta za nuklearnu fiziku Poljske akademije znanosti (IFJ PAN). Mezoni su bozoni na koje djeluje jaka nuklearna sila, ili drugim riječima hadroni cjelobrojnog spina. Prema Standardnom modelu mezoni se sastoje od parnog broja kvarkova i antikvarkova.

Vezani članci Slika nije dostupna Stao je najveći stroj na svijetu Slika nije dostupna NEOČEKIVANI SIGNALI 'Ako se pokaže točnim, bit će to stvarno veliko otkriće'

Postoje jake indicije da su fizičari, koji rade na LHC akceleratoru čestica u sklopu Europske organizacije za nuklearna istraživanja (CERN) pored Ženeve, na pragu otkrivanja fizike izvan trenutne teorije koja objašnjava strukturu materije. Tome u prilog govore podaci najnovije analize LHCb eksperimenta iz 2011. i 2012. godine.

"Stavimo to u termine kinematografije, gdje smo dosad imali samo pokoju otkrivenu fotografiju sa snimanja dugo očekivanog blockbustera da bi sad mogli reći kako je LHC fanove napokon počastio i pravim trailerom", slikovito je pojasnio profesor Mariuzs Witek s IFJ PAN-a, a prenosi Phys.org.

Standardni model i njegove mane

Pojasnimo prije toga i što je Standardni model. Njegov teorijski kostur uobličen je u 70-im godinama 20. stoljeća i objašnjava strukturu materije na skali elementarnih čestica. Čestice za koje smo dosad smatrali da su elementarne, igraju zapravo drugačiju ulogu. Bozoni su nosioci sila, fotoni su povezani s elektromagnetskim interakcijama, osam tipova gluona su odgovorni za jake interakcije, a W+, W- i Z0 bozoni emitiraju slabe interakcije. Materiju formiraju čestice zvane fermioni, koji se dijele na kvarkove i leptone.

U Standardnom modelu postoji šest tipova kvarkova i šest tipova leptona, kao i 12 antičestica koje su povezane s njima. Nedavno otkriven Higgsov bozon daje masu svim česticama osim gluona i fotona.

"Sve dosad, sva su mjerenja bila u skladu s predviđanjima Standardnog modela. Ipak, znamo da Standardni model ne može objasniti sve karakteristike svemira. Ne predviđa mase čestica ili nam ne govori zašto su fermioni organizirani u tri obitelji. Kako se u svemiru dogodila dominacija materije nad antimaterijom? Što je to tamna materija? Na ta pitanja nema odgovora. Štoviše, sila kojju svakodnevno osjećamo, gravitacija, nije niti uključena u Standardni model", ističe profesor Witek.

Opažanje fenomena kao ključ

Nakon Higgsovog bozona, pažnja fizičara u CERN-u usmjerena je na otkrivanje elementarnih čestica izvan Standardnog modela. Eksperimenti ATLAS i CMS pokušavaju te čestice izravno opažati. No međutim, ne može se isključiti ni to da je masa novih čestica jednostavno prevelika da bi se proizvela na razini energija s kojima barata LHC akcelerator.

Jedini način kako otkriti novu fiziku bio bi opažanjem novih čestica na fenomenima pri nižim razinama energije, a to bi se moglo manifestirati modificiranjem frekvencije propadanja na početku spomenutih mezona ljepote ili kutnim distribusijama nusprodukata njihovog propadanja.

Jedna takva anomalija s mezonima ljepote zamijećena je još 2011. godine na prvom velikom uzorku LHCb eksperimenta. Ti mezoni su bili sačinjeni od laganog kvarka, kojeg se može pronaći u protonima i neutronima iz materije, kao i teškim antikvarkovima ljepote, koji se mogu proizvesti u LHC sudaraču čestica.

Ta divna anomalija

Anomalija je primjećena u propadanju B mezona, koji sadrži dva muona između ostalih svojih produkata. Opis finalnog stanja tog propadanja zahtjeva do osam parametara koji definiraju kutnu distribuciju proizvoda tog propadanja - odnosno kuteve pod kojima će oni izlijetati. Tradicionalna metoda za određivanje tih parametara može proizvesti krive rezultate za manji broj promatranih takvih propadanja B mezona. Dr. Marcin Chrzaszcz iz IFJ PAN-a, predložio je novu metodu, kojem je svaki parametar određen neovisno o drugima.

"Moj pristup može se usporediti primjerice s godinom u kojoj je recimo nastao nečiji obiteljski portret na fotografiji. Umjesto da gledate čitavu sliku, bolje je proučavati svaku osobu pojedinačno te iz te perspektive pokušati dokučiti koje godine je slika nastala", pojasnio je Chrzaszcz.

3.7 od 5 sigma znači...

Podatke iz 2011. potvrdili su podaci i iz 2012. godine, što samo povećava vjerojatnost da su fizičari promatrali istinski fenomen, a ne artefakte u mjerenjima. Ako mjerenja na razini 3 sigma (tri standardne devijacije) znače indikaciju, a 5 i definitivno otkriće, rezultat poljskih fizičara od 3,7 sigma je vrlo značajan. No, dok opažanja ne dosegnu 5 sigma, ne možemo govoriti o novom otkriću, no svakako možemo reći da su fizičari vrlo blizu. Opipljivo blizu.

LHC je u međuvremenu počeo s novom rundom sudaranja čestica protona na visokim energetskim razinama, nakon čega fizičare čega doista uzbudljiv period analiziranja novih podataka. Pitanje kada će nova fizika postati stvarnost, stoga zasad ostaje kao dobar filmski "cliffhanger" visjeti u zraku.

"Baš kao u dobrom filmu, svi se pitaju što će se dogoditi na kraju i nitko zapravo ne želi čekati kraj", zaključuje profesor Witek.