Štatistická významnosť výsledkov z CERN-u bola dostatočne vysoká, aby vzbudila pozornosť časticových fyzikov.
Opatrne optimistická. Tak opisujú časticoví fyzici z Európskej organizácie pre jadrový výskum (CERN) atmosféru po zverejnení nových výsledkov jedného z experimentov. Tie totiž naznačujú možné porušenie štandardného modelu fyziky častíc. Vedci pomocou daného matematického rámca opisujú okolitý svet v tých najmenších rozmeroch.
Podľa zistení sa zdá, že s niektorými časticami sa deje čosi zvláštne. Nerozpadávali sa na iné častice podľa predpovedí štandardného modelu.
Ak by sa potvrdilo, že takéto správanie nie je akousi chybou v údajoch, vedci sú možno na stope niečomu celkom novému, možno aj nositeľovi neznámej prírodnej sily. Pozornosť vzbudila hlavne štatistická významnosť merania. Šanca je totiž jedna k tisícu, že pozorovania sú výsledkom náhody. Navyše zhodujú sa so zvláštnosťami, ktoré fyzici namerali pri podobných procesoch, či už vo Veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC), alebo pri iných experimentoch vo svete.
Vybočenie z modelu
Všetko, čo vo vesmíre je, tvoria drobné kúsky hmoty zvané elementárne častice. Spájajú sa podľa určitých pravidiel do väčších častíc a tie zas do ešte väčších celkov. Uvedené pravidlá opisuje práve štandardný model. Medzi elementárne častice patria napríklad kvarky, ktoré sa spájajú do zložitejších častíc, a leptóny, kam patria napríklad elektróny či mióny.
Jestvuje viacero druhov kvarkov. Experiment v urýchľovači zvaný LHCb sa zameriava na kvark b, ktorý sa prezýva aj krásny (z anglického beauty). Fyzici v experimente skúmajú dva typy jeho rozpadu, a to na elektróny a mióny. Podľa štandardného modelu by k obom rozpadom malo dochádzať takmer v rovnakej miere.
Údaje z LHCb však naznačujú čosi iné. Rozpadov na elektróny bolo viac, približne sto, na mióny zas menej, približne 85. Mióny sú pritom takmer totožné s elektrónmi, ich hmotnosť je však zhruba dvestokrát väčšia. Jediným vysvetlením rozdielneho pomeru sú podľa vedcov neznáme častice či sily. Merania vzbudili pozornosť aj preto, že mali štatistickú významnosť 3,1 sigma.
„Znamená to, že ide o náhodnú odchýlku merania od štandardného modelu s pravdepodobnosťou jedna k tisícu. Ak by sme mali teda tisíc takýchto identických experimentov, zistená odchýlka by bola nameraná iba raz a v ostatných 999 experimentoch by vyšla s menším rozdielom od štandardného modelu,“ vysvetľuje pre Vedu na dosah Tomáš Blažek z Katedry teoretickej fyziky na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky UK.
„Vo fyzike vysokých energií panuje nepísaná dohoda, že odchýlka od teórie na úrovni cez tri sigma sa nazýva evidencia niečoho nového. Ak je odchýlka až o viac než päť sigma, tak sa zverejní ako objav,“ dopĺňa fyzik. Voľne povedané, na otváranie šampanského čas ešte nenastal.
Experiment LHCb v CERN-e. Zdroj: CERN
Overený model, ktorý neodpovedá na všetko
Nie je to prvýkrát, čo fyzici pri experimente LHCb spozorovali odchýlku pri rozpadoch krásneho kvarku, podobné výsledky zistili už v roku 2014. Odvtedy zistili takúto anomáliu viackrát. Nové výsledky navyše zdvojnásobujú množstvo doterajších údajov.
„Vysvetlenie nie je jednoznačné, naozaj si bude treba na to posvietiť aj v teórii, aj v experimente. Treba zároveň vysvetliť, prečo presné merania iných rozpadov kvarkov b nevedú k podobným odchýlkam,“ ozrejmuje Blažek.
Merania, ktoré sa líšia od teoretickej predpovede o 3,1 sigma, sa pri hľadaní signálov za štandardným modelom už vyskytli, takže to nie je výnimočné. Berie sa však s rešpektom, pretože ho starostlivo kontrolujú. V rámci štatistiky je normálne, že k takejto odchýlke príde.
„Štandardný model od 70. rokov minulého storočia testujeme stovkami iných meraní na urýchľovačoch, testov je už asi cez tisíc. Zatiaľ nemáme z experimentov v urýchľovačoch objav, ktorý vyžaduje zavedenie fyziky za štandardným modelom,“ pokračuje fyzik.
Treba doplniť, že hoci model úspešne vysvetlil takmer všetky experimentálne výsledky, predpovedal mnoho javov a stal sa overenou teóriou, neodpovedá na všetko. Nehovorí nič napríklad o gravitácii či o temnej hmote, ktorá tvorí väčšinu hmoty vo vesmíre.
Potenciál na Nobelovu cenu
Experiment LHCb by podľa Blažeka potreboval ešte trikrát viac údajov, aby sa zistenia dostali na úroveň objavu. Taktiež by bolo dobré, keby fyzici našli odchýlky aj v iných presne meraných rozpadoch.
Výsledky by mohli priniesť aj experimenty ATLAS a CMS na Veľkom hadrónovom urýchľovači alebo experiment Belle v Japonsku. Avšak ak sa má Belle dostať na porovnateľnú presnosť ako LHCb, potrebovali by podľa fyzika dvadsaťpäťkrát viac údajov ako teraz, čo môže trvať roky. Odpovede by mohol priniesť prípadne aj iný experiment, ktorý zhotovili špeciálne pre potreby zodpovedania rozdielov v rozpadoch.
LHCb v súčasnosti upravujú tak, aby bol ešte citlivejší. Budúci rok v ňom budú zrážať ďalšie častice a zhruba o tri či štyri roky zverejnia ešte presnejšie merania než teraz.
„Mimochodom, tieto zistenia majú potenciál byť odmenené Nobelovou cenou. Ale museli by rovnaký efekt pozorovať aj iné experimenty v nezávisle získaných údajoch a s nezávislou analýzou,“ hovorí Blažek.
Zdroj: arXiv:2103.11769
