Fizikusok a jelenlegi fizikai elméletekkel megmagyarázhatatlan nyomokat találtak

Az LHCb detektor. A CERN részecske gyorsítójában, a Nagy Hadronütköztetőben azonban minden évben több billió szép kvarkot hoznak létre, melyet egy erre a célra épített érzékelő rögzít, az LHCb.

2020 márciusában CERN kísérletek új alapvető részecskék és erők lehetséges létezését sugallták, melyek a Standard Modellel nem magyarázhatók meg. Most a Cambridge Egyetem Cavendish Laboratóriumában a fizikusok további mérései hasonló hatásokat találtak, fellendítve az új fizika ügyét.

A Standard Modell írja le az univerzumot felépítő ismert részecskéket és a köztük lévő interakciókat. Ez a mai napig kiállt minden kísérleti tesztet, mégis, a fizikusok tudják, hogy mégsem komplett. Nem tartalmazza a gravitációs erőt, nem ad számot arról, hogy az Ősrobbanás alatt hogyan jött létre az anyag, és nem tartalmaz részecskéket, ami megmagyarázhatná a sötét anyagot, amelyből ötször annyi van, mint a körülöttünk lévő látható világot felépítő anyagból. Ezért a fizikusok régóta a Standard Modellen túli fizika jeleire vadásznak, ami segíthet e rejtélyek egy részét megfejteni.

Új részecskék és erők keresésnek egyik legjobb módja az úgynevezett szép kvarkok tanulmányozása. Ezek a minden atommagot felépítő úgynevezett fel és le kvarkok egzotikus kuzinjai. A szép kvarkok nem nagy mennyiségben léteznek a világban és hihetetlenül rövid életűek – átlagosan csak a másodperc trilliomod részéig "élnek", mielőtt átalakulnak, vagy más részecskékké bomlanak.

A CERN részecske gyorsítójában, a Nagy Hadron Ütköztetőben azonban minden évben több milliárf szép kvarkot hoznak létre, melyet egy erre a célra épített érzékelő az LHCb rögzít.

Az LHCb detektor. A CERN részecske gyorsítójában, a Nagy Hadronütköztetőben azonban minden évben több billió szép kvarkot hoznak létre, melyet egy erre a célra épített érzékelő rögzít, az LHCb. Forrás: https://www.cam.ac.uk/research/news/cambridge-physicists-announce-results-that-boost-evidence-for-new-fundamental-physics

A szép kvarkok bomlásának módjára hatással lehetnek felfedezetlen erők és részecskék is. Márciusban a CERN egy fizikus csapata bizonyítékokat hozott nyilvánosságra, hogy a szép kvarkok kevésbé gyakran bomlanak müonokká, mint a könnyebb elektronokká.

Ezt a Standard Modellel lehetetlen megmagyarázni,

amely az elektronokat és a müonokat ugyanúgy kezeli, függetlenül attól a ténytől, hogy az elektronok körülbelül 200-szor könnyebbek, mint a müonok. Ezért, a szép kvarkoknak ugyanolyan mértékben kellene müonokká és elektronokká bomlaniuk. Ehelyett a fizikusok azt találták, hogy a müonná bomlás hozzávetőleg csak 85 %-kal történt gyakrabban, mint az elektronná bomlás.

A CERN eredményei és a Standard Modell közti különbség körülbelül 3 kísérleti hibaegység volt, vagy „3 szigma", ahogy a részecskefizikában ismerik. Ez azt jelenti, hogy csak kb. egy az ezerhez az esélye annak, hogy az eredményt statisztikai véletlen okozza.

A Standard Modell az univerzum általános működését próbálja meg leírni. Ebben a modellben lett összefoglalva, hogy a részecskék és a négy alapvető erőből három, az erős, a gyenge és az elektromágneses kölcsönhatás hogyan kapcsolódnak egymáshoz. A negyedik kölcsönhatást, a gravitációt már nem sikerült beleilleszteniük ebbe. Az egyesített elmélet az a teória, amely összhangba hozná a relativitás és a kvantumelméletet. Forrás: http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz0807/SM-poszter.jpg

Feltételezve, hogy az eredmény helyes, a legvalószínűbb magyarázat az, hogy egy új erőfajta, ami különböző erővel maga felé húzza az elektronokat és müonokat interferál azzal, hogy bomlanak el a vizsgált szép kvarkok.

Azonban, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy a hatás valódi-e, több adatra van szükség a kísérleti hiba csökkentéséhez. Csak amikor az eredmény eléri az „5 szigma" küszöbértéket, ahol kevesebb, mint egy a millióhoz az esélye a véletlennek, kezdhetik a részecske-fizikusok hitelesnek tekinteni a felfedezést.

A mostani eredmény két új szép kvark bomlását vizsgálta ugyanabból a bomlási családból, mint amit már a márciusi eredményeknél használtak. A csapat ugyanazt a hatást találta – a müon bomlások csak körülbelül 70%-kal voltak gyakoribbak, mint az elektron bomlások. Ezúttal a hiba nagyobb, ami azt jelenti, hogy az eltérés körülbelül „2 szigma", vagyis csak 2%-kal több az esélye annak, hogy az adatok statisztikai furcsaságának köszönhetők. Míg az eredmény önmagában még nem elég meggyőző, de további adalékot nyújt a bizonyítékok növekvő sokaságához, hogy új alapvető erők várnak felfedezésre.

(Forrás: University of Cambridge)