Modelul standard, cel care a furnizat cea mai completă explicaţie de până acum a Universului, nu este perfect şi nici în măsură să explice fenomene precum materia întunecată sau interacţiunea gravitaţională dintre particule. Un articol despre "noua fizică".
Primele semne experimentale pentru o nouă fizică, în afara modelului standard
Fizicienii sunt, prin urmare, în căutarea unei teorii mai fundamentale pe care au numit-o „noua fizică", dar, până în prezent, nu există o dovadă directă a existenţei sale, doar observaţii indirecte ale materiei întunecate, dedusă, printre altele, din deplasarea galaxiilor.
Aceştia sunt Joaquim Matias (stânga) şi Javier Virto din cadrul Universitat Autònoma de Barcelona. Credit: UAB.
O echipă de fizicieni formată din Joaquim Matias, profesor de fizică din cadrul Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), Javier Virto, cercetător post-doctorand la aceeaşi universitate şi Sebastien Descotes Genon, din cadrul Centre Naţional de la Recherche Scientifique (CNRS) /Université Paris-Sud, a prezis că noua fizică implică existenţa unor abateri în ceea ce priveşte probabilitatea de dezintegrare ce este caracteristică unei particule numită mezonul B. Detectarea acestei mici abateri printr-un experiment ar fi prima dovadă directă privind existenţa acestei noi teorii fundamentale.
În data de 19 iulie a acestui an, în cadrul conferinţei internaţionale EPS 2013, dedicată fizicii particulelor, din Stockholm, oamenii de ştiinţă de la detectorul LHCb, implicaţi într-un experiment de anvergură efectuat în acceleratorul LHC al CERN, au prezentat rezultatele măsurătorilor experimentale ale dezintegrării mezonului B.
Măsurătorile au arătat abateri faţă de predicţiile oferite de modelul standard care anterior au fost calculate de cercetătorii din cadrul UAB şi CNRS. Echipa de oameni de ştiinţă a dovedit că toate aceste abateri se încadrează într-un model coerent şi aceasta le-a permis să identifice o sursă unică ce stă la baza originii abaterilor măsurate.
Rezultatele analizei lor indică o abatere fată de predicţia modelului standard de 4,5 sigma. Dacă se confirmă, acesta este un eveniment major, deoarece oamenii de ştiinţă consideră că o abatere 3 sigma reprezintă o „dovadă ştiinţifică" pentru noua fizică, iar o abatere 5 sigma reprezintă o „descoperire".
„Trebuie să fim prudenţi, deoarece vor fi necesare mai multe studii şi măsurători experimentale pentru confirmare", explica Joaquim Matias, „dar în cazul în care se confirmă, aceasta este prima dovadă directă pentru noua fizică, o teorie mai generală decât actualul model standard". „Dacă bosonul Higgs a completat puzzle-ul modelului standard, aceste rezultate ar putea fi prima piesă dintr-un puzzle mai mare", adaugă Dr. Matias.
Cercetătorii susţin că unul dintre modelele din noua fizică care ar putea explica aceste rezultate ar fi cel care postulează existenţa unei particule noi numită Zprima, „dar ar putea exista o mulţime de modele compatibile", subliniază Dr. Matias.
Rezultatele obţinute sunt atât de interesante încât oameni de ştiinţă din cadrul altui experiment principal al LHC, detectorul CMS, doresc să analizeze aceste măsurători. CMS l-a invitat pe Dr. Matias să explice detaliile teoretice în cadrul unui seminar pentru a vedea dacă rezultatele pot fi confirmate. În acelaşi timp, LHCb adăugă şi el date noi pentru a îmbunătăţi statisticile şi a confirma măsurătorile efectuate.
În cadrul studiului au participat, de asemenea, Javier Virto din cadrul Department of Physics al UAB şi Sebastien Descotes-Genon din cadrul University of Paris-Sud 11.
Dincolo de modelul standard
De mulţi ani, fizicienii particulelor elementare cunoşteau că teoria pe care o utilizau, modelul standard, în ciuda faptului că este un model de mare succes în toate testele efectuate până în prezent, are deficienţe semnificative precum ar fi lipsa unui candidat propus pentru materia întunecată. În plus, el are şi alte probleme precum ar fi aşa-numita problemă fundamentală a ierarhiilor sau asimetria dintre materie şi antimaterie a Universului.
Două dintre obiectivele centrale ale Large Hadron Collider (LHC) al CERN (Geneva) sunt reprezentate de găsirea bosonului Higgs şi a ceea ce se numeşte noua fizică, o teorie mai fundamentală şi mai generală decât cea a modelului standard, în care acesta din urmă ar fi doar un caz particular. Doar cu un an în urmă, bosonul Higgs a fost descoperit, dar particula descoperită pare a se potrivi perfect în modelul standard şi în prezent nu ne oferă niciun indiciu cu privire la noua fizică.
Rezultatele prezentate la conferinţa EPS 2013
La CERN există în curs de desfăşurare patru experimente care utilizează patru detectoare mari (ATLAS, CMS, LHCb şi Alice) ce înregistrează coliziunile dintre particule, astfel încât oamenii de ştiinţă pot studia comportamentul acestora. Detectorul LHCb este conceput pentru a studia comportamentul quarcurilor şi dezintegrările rare.
În data de 19 iulie a acestui an, în cadrul EPS 2013, la European Physics Society's Internaţional Conference on Particle Physics din Stockholm, Dr. Matias a prezentat predicţiile teoretice ale echipei sale de cercetare cu privire la una dintre aceste dezintegrări: dezintegrarea unui mezon B, format dintr-un quarc b şi un anti-quarc d, într-o pereche de miuoni şi o particulă numit K*. Cercetătorii UAB şi CNRS au calculat şi au prezis cum s-ar produce această dezintegrare şi cum ar trebui aceasta să se schimbe în cadrul diferitelor scenarii conforme cu noua fizică.
La scurt timp după aceea, un fizician experimentalist din cadrul detectorului LHCb, Nicola Serra, prezintă la aceeaşi conferinţă primele rezultate experimentale complete ale acestei dezintegrări. Surprinzător, măsurătorile experimentale au fost în concordanţă cu abaterile prezise de Joaquim Matias şi colaboratorii săi. Pentru prima dată, abaterile de acest tip au fost în concordanţă cu previziunile bazate pe prezenţa unor contribuţii teoretice şi experimentale care depăşesc limitele modelului standard.
Traducere de George Cristian Podariu după experimental-physics-standard, cu acordul editorului.
