Netikėtos naujos dalelės užuominos gali būti netrukus patvirtintos – ir tai gali reikšti Standartino modelio galą

2015 metų gruodžio 15 dieną ir auditorija Ženevoje sausakimša fizikų. Ore tvyro įtampa ir susijaudinimas, nes visi žino, kad bus paskelbta kažkas svarbaus. CERN Didžiojo hadronų priešpriešinių srautų greitintuvo (LHC) buvo neseniai atnaujintas ir veikė didžiausios kada nors laboratorinėmis sąlygomis pasiektos energijos lygiu, ir buvo pateikti pirmieji dviejų gigantiškų detektorių – ATLAS ir CMS – rezultatai. Šis skelbimas buvo suorganizuotas paskubomis, nes abu detektoriai aptiko kažką visiškai netikėto. Sklandė įvairūs gandai, kas tai galėtų būti, tačiau niekas užtikrintai nežinojo, kas vyksta, ir vyko aršios spekuliacijos.

Jimas Olsenas, CMS fizikos koordinatorius, į sceną žengia pirmasis, pateikdamas pristatymą be jokių netikėtumų iki pat galo, kai parodo du grafikus, kuriuose pavaizduoti iš beveik šviesos greičiu priešpriešais lekiančių protonų susidūrimų atsirandančių dalelių energijų lygiai – teorinis ir išmatuotas. Įsižiūrėjus, ant eksperimentinės kreivės matosi iškilimas, rodantis, kad viename taške vyksta daugiau įvykių, nei numato teorija. Tai gali būti nauja, nežinoma dalelė – bet užtikrintumo lygis toks, kad šis rezultatas tik įdomus, tačiau ne galutinis. Esame panašių dalykų regėję ir anksčiau ir jie praktiškai visada išsivadėja, geriau įsižiūrėjus.

Tada pasirodė Marumi Kado iš ATLAS ir jo žvilgsnis keistai užtikrintas – ir kai rezultatai galiausiai pasirodo ekrane, klausytojai supranta, kodėl. ATLAS irgi užfiksavo pakilimą, toje pačioje vietoje, kaip ir CMS, bet jis dabar toks ryškus, kad jo negalima nepastebėti. Tai išties atrodo kaip nauja dalelė, ir jei taip yra iš tiesų, pačioje aukštųjų energijų fizikos šerdyje atsivėrė didžiulis plyšys.

Jei atrasta nauja dalelė, pačioje aukštųjų energijų fizikos šerdyje atsivėrė didžiulis plyšys.

Šis signalas yra vienas iš paprasčiausių, kokį tik galima įsivaizduoti: jis nurodo du didelės energijos fotonus, atsirandančius yrant subatominėms dalelėms, sukurtoms, susidūrus protonams. Jis labai panašus į signalą, 2012 metais padėjusį atrasti Higgso bozoną. Bet ši dalelė nėra Higgso bozonas: jis šešis kartus masyvesnis. Nieko panašaus niekas neprognozavo. Fizikai auditorijoje priblokšti. Žmonės apstulbę dairosi, bandydami įsitikinti, kad jų reakcija atspindi tai, ką jie regi kolegų veiduose. Jei stebėjimai pasitvirtins, tai bus revoliucija. Tai gali reikšti nei mažiau, nei žlugimą dalelių fizikos Standartinio modelio, kuris iki šiol išlaikė visus eksperimentinius išbandymus nuo pat sukūrimo daugiau nei prieš keturis dešimtmečius.

SM aprašo statybinius visatos blokus ir kaip jie veikia, ir taip, bent jau iš principo, paaiškina visus gamtos reiškinius. Iš pradžių teoretikai manė, kad SM tėra fundamentalesnės teorijos, kuri bus netrukus atrasta, aproksimacija. Taip visada būdavo anksčiau. Pavyzdžiui, Niutono gravitacijos teorija netinka itin masyviems kūnams, arba judantiems beveik šviesos greičiu. Jo tikslumo pakanka, kad inžinieriai galėtų juo naudodamiesi, pasiųsti New Horizons kosminį zondą link Plutono, kad jis po devynių metų atsidurtų tinkamoje vietoje. Tačiau Einšteino Bendroji reliatyvumo teorija yra fundamentalesnė, tinka tiems ekstremaliems atvejams, kuriems Niutono teorijos pritaikyti nebegalima.

Jei stebėjimai pasitvirtins, tai bus revoliucija, nuvainikuosianti Standartinį modelį, iki šiol išlaikiusį visus eksperimentinius išbandymus nuo pat sukūrimo daugiau nei prieš keturis dešimtmečius.

Be to, yra daug priežasčių manyti, kad SM yra neišbaigtas. O konkrečiai, mechanizmas, suteikiantis masę elementariosioms dalelėms rodo, kad ši teorija aukštesnėms energijoms turėtų būti pakeista. Šios naujosios fizikos atradimas ir buvo stipriausia LHC ir kelių ankstesnių eksperimentų kūrimo motyvacija.

Tačiau Standartinis modelis veikė daug geriau, nei fizikos teoretikai iš pradžių tikėjosi. Tai daug metų buvo dalelių fizikos palaima ir prakeiksmas tuo pat metu. Viena vertus, Higgso bozono atradimas buvo milžiniškas pasiekimas, žymintis paskutinįjį ir tikriausiai svarbiausiąjį Standartinio modelio bloką. Antra vertus, tai, kad Higgso bozonas turi tik masę ir savybes, kurių visi ir tikėjosi, paskleidė pesimizmą ir abejones dėl naujų atradimų. Fundamentalesnės teorijos paieškos gali tęstis amžinai.

Bet pakilimai ATLAS ir CMS duomenyse, aptikti 750 milijardų elektronvoltų (GeV) lygyje, situaciją pakeistų iš karto ir iš esmės, nes praktiškai reikštų, kad ateityje dar laukia atradimai. Jei naujųjų dalelių užuomina yra tikra, Standartino modelio sėkmės istorija staiga nutrūktų.

Šio rezultato svarba yra akivaizdi visiems dirbantiems šioje sferoje ir išsyk paskatino gausybę galimas implikacijas nagrinėjančių darbų. Nė vienas dabar egzistuojantis fundamentalesnis modelis, nagrinėjamas kaip galimas Standartini modelio įpėdinis, užfiksuotų pakilimų paaiškinti negali. Jei SM valdymas baigėsi, tai tikriausiai ne dėl priežasties kurios tikėjomės. Jei naujoji dalelė tikra, absoliučiai neaišku, koks jos vaidmuo bendrame vaizde. Gal ji netiesiogiai kažkaip susijusi su Higgso bozonu, o gal su visatos tamsiosios materijos galvosūkiu. O gal tai tiesiog atsitiktinumas. Savaime suprantama, tai yra klausimai, į kuriuos mokslininkai turės atsakyti ir daugiau duomenų padės suprasti, kas laukia priešaky.

Tai, vienareikšmiškai, yra labiausiai jaudinantis įvykis dalelių fizikoje per pastaruosius tris dešimtmečius

Tai, vienareikšmiškai, yra labiausiai jaudinantis įvykis dalelių fizikoje per pastaruosius tris dešimtmečius. Jei ši naujos fizikos užuomina bus patvirtinta – o tai galėtų nutikti jau per ateinančias kelias savaites, o gal netgi dienas – tokio atradimo svarbą sunku ir įvertinti. Tai būtų svarbiau už Higgso bozono aptikimą, kuris buvo tik patvirtinimas to, ką jau žinojome.

Jei šis iškilimas yra tikras, pradėsime rašyti visai naują fundamentaliosios fizikos istorijos skyrių. Neįmanoma įsivaizduoti, kur tai gali nuvesti.

Atsakymą galime sužinoti labai, labai greitai.

Michele Redi

Komentarai (3)