Să fim martorii descoperirii unei noi fizici la LHCb / CERN? Cercetătorii încearcă să descopere semnale ale unei noi fizici, dincolo de teoria așa-numitului „model standard al particulelor elementare”. În cadrul proiectului de cercetare LHCb de la CERN s-au măsurat dezintegrări ale unor particule (mezoni) care conțin quarcul b și au fost descoperite anomalii care ar putea reprezenta indicii ale unei noi fizici. Deși descoperirea a generat entuziasm în lumea fizicii, este încă prea devreme să fim siguri.


Modelul standard

Teoria care răspunde la întrebarea „din ce este făcută lumea?” este cea numită „modelul standard al particulelor elementare”. Puteți citi pe larg despre aceasta în acest articol. Teoria include quarcurile (din care sunt compuse de exemplu protonii și neutronii), electronii, neutrinii, dar și alte particule precum miuonii, tauonii sau bosonul Higgs.

Atomii sunt deci alcătuiți din quarcuri (up și down) și electroni. În plus, modelul standard explică trei dintre cele patru interacțiuni fundamentale: cea electromagnetică, cea nucleară slabă și cea nucleară tare. Gravitația rămâne deocamdată un mister, aceasta fiind însă foarte bine descrisă de ecuațiile lui Einstein încapsulate în teoria relativității generale.

Există și alte particule, compuse din quarcuri mai grele decât cele up și down, care însă au durată de „viață” foarte scurtă, dezintegrându-se rapid în particule mai ușoare. Aceste particule sunt studiate la acceleratoarele de particule sau în cadrul proiectelor de cercetare care se ocupă de analiza razelor cosmice. De ce anume le studiem? Pe de o parte pentru a înțelege mai bine modelul standard, iar pe de altă parte pentru a descoperi „fracturi” ale acestuia.
 

Dincolo de modelul standard

Dar de ce căutăm o „nouă fizică”, dincolo de modelul standard? Din mai multe motive. Primul dintre acestea ar fi faptul că modelul standard nu include gravitația. Gravitația, deși dominantă la scară mare în univers, fiind responsabilă de formarea structurilor cosmice, precum stele, planete ori galaxii, nu își găsește locul în modelul standard.

Un alt motiv este legat de faptul că modelul standard nu pare să explice prezența materiei și energie întunecate. Acestea nu sunt explicate nici prin particule compuse din cele care alcătuiesc modelul standard, nici prin interacțiuni dintre acestea.

Cercetătorii creează și caută deci noi modele teoretice; printre acestea se numără teoria corzilor (denumită și „teoria stringurilor”) sau teoria gravitației cuantice cu bucle (dar mai sunt și altele). Cum însă teoria fără practică nu prea are valoare, cel puțin în fizică, este nevoie să găsim și dovezi ale unei oricărei noi teorii.
 

Noi rezultate la LHCb

În acest context noi analize ale datelor obținute în cadrul proiectului de cercetare LHCb de la Marele accelerator de hadroni (LHC) / CERN sunt foarte interesante.

În martie anul trecut cercetătorii descoperiseră anomalii în dezintegrarea particulelor ce conțin quarcul „b” („bottom” sau „beauty”), quarc descoperit în 2014 la LHCb.

Aceste particule, generate în număr enorm la accelerator, „trăiesc” extrem de puțin și se dezintegrează în diverse modalități. Printre aceste dezintegrări cercetătorii s-au concentrat pe cele care au în starea finală electroni sau miuoni.

Teoria actuală, modelul standard, susține că particulele care conțin quarcuri b ar trebui să se dezintegreze la fel (într-un număr egal) în aceste stări finale, miuon sau electron (universalitatea leptonică).

Modelul standard tratează electronii și miuonii în mod identic, diferența fiind că electronii sunt de circa 200 de ori mai ușori decât miounii. Ca efect, quarcurile b ar trebui să se dezintegreze în mioni și electroni în numere egale.

Dar în martie 2020 s-a demonstrat că dezintegrarea în miuoni are loc într-un număr mai mic de cazuri, reprezentând 85% din numărul de dezintegrări în electroni.

Singura explicație posibilă pentru această diferență între stările finale ale dezintegrării quarcurilor b implică existența unei particule necunoscute, care ar fi implicată în procesul de dezintegrare, afectând miuonii și electronii în mod diferit, și ar „înclina balanța” în favoarea electronilor (care apar, cum spuneam, într-un număr mai mare). Această particulă necunoscută ar fi purtătoarea unei forțe necunoscute, „a cincea forță”, cum este adesea numită atunci când diverse observații nu pot fi explicate cu forțele deja cunoscute.

Noi analize de date publicate în octombrie 2021 arată că și alte tipuri de dezintegrări de quarcuri b (din aceeași familie de dezintegrări ca cea din martie 2020) în stări finale care conțin electroni sau miuoni, sunt asimetrice. Cele în miuoni reprezintă doar 70% din cele în electroni. Semnificația statistică este însă mică, doar 2 sigma.
 

Cât de siguri suntem?

Dacă s-ar demonstra că așa stau lucrurile, ar fi o revoluție, pentru că modelul standard nu poate explica rezultatele. Ar fi posibil să existe o a cincea forță, care nu este inclusă în modelul standard, care acționează diferit asupra electronilor și miuonilor. Semnale ale unei noi fizici!

Dar chiar să fie așa? Deocamdată nu. Semnificația statistică, care indică gradul de certitudine, este încă mică. Este nevoie de cel puțin 5 sigma semnificație statistică. În plus, trebuie să fim siguri că nu s-au strecurat erori de altă natură în analiza și interpretarea datelor.

Rezultatul este însă interesant și, desigur, cu reînceperea experimentelor la LHC vom avea mult mai multe date și deci vom putea studia mai bine inclusiv această universalitate prevăzută de modelul standard în dezintegrări ale particulelor cu quarc b în stări finale cu electroni sau miuoni.

 


Credit imagine: depositphotos.com

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Ești „vizitator” ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 



Dacă găsești util site-ul, ne poți ajuta cu o donație!
Donează
prin PayPal ori
Patron


Contact
| T&C | © 2021 Scientia.ro