Znanstveniki, ki sodelujejo v sodelovanju s CMS, so poročali o verjetnem odkritju neznanega delca, ki propada v muone s skupno maso 28 GeV. Trenutno noben teoretični model ne napoveduje obstoja tega delca, vendar znanstveniki upajo, da ta anomalija ni posledica statistične napake. Predpogled opazovanja je na voljo v skladišču arXiv.org. Podrobno vam bomo povedali o študiji, ki se lahko izkaže za prelomno odkritje in še en zastoj.
Peklenska tuljava
Kompaktni muonski magnetni solenoid ali CMS (Compact Muon Solenoid) je velik detektor osnovnih delcev, ki se nahaja na velikem hadronskem trkalniku (LHC). Ta velikanska naprava s premerom 15 metrov in težo 15 tisoč ton je zasnovana za iskanje nove fizike - fizike, ki presega standardni model. Če standardni model opisuje lastnosti vseh znanih elementarnih delcev (in nekaterih še niso potrjene), potem poskušajo hipoteze v okviru Nove fizike razložiti različne pojave, ki znanstvenikom še vedno ostajajo skrivnost.
Glede na eno od hipotez - supersimetrijo - vsak znani osnovni delček ustreza superpartnerju s težjo maso. Na primer, partner elektrona, ki je fermion, je sezonski bozon, partner gluona (ki je bozon) pa je gluino fermion. Vendar pa je pomanjkanje rezultatov za potrditev super-simetrije privedlo do dejstva, da ta model opušča vedno več znanstvenikov.
Proton-protonski trki se odvijajo znotraj detektorja. Vsak proton je sestavljen iz treh kvarkov, ki jih drži gluonsko polje skupaj. Z veliko hitrostjo, ki je primerljiva s hitrostjo svetlobe, se gluonsko polje spremeni v "juho" delcev - gluonov. Pri čelnem trčenju protonov le nekaj kvarkov ali gluonov deluje med seboj, ostali delci letijo brez ovire. Pojavijo se reakcije, ki proizvajajo veliko kratkotrajnih delcev, različni CMS detektorji pa beležijo svoje produkte razpadanja, vključno z mioni. Muoni spominjajo na elektrone, vendar 200-krat bolj masivne.
Znanstveniki s pomočjo detektorjev, ki se nahajajo zunaj solenoida, lahko z visoko natančnostjo izsledijo proge muljev in ugotovijo, kaj natančno je povzročilo pojav določenega delca. Za povečanje možnosti za nastanek redkega delca, ki se razpade na muone, je potrebno veliko število trčenj protonov. To ustvari astronomsko količino podatkov (približno 40 terabajtov na sekundo), zato da bi hitro našli nekaj nenavadnega v njih, se uporablja poseben sprožilni sistem, ki odloči, katere podatke bo zapisal.
Promocijski video:
Duh v notranjosti
CMS je bil skupaj z detektorjem ATLAS, ki se nahaja tudi na LHC, uporabljen za iskanje Higgsovega bozona, ki ga je predvideval standardni model. Ta delček je odgovoren za maso W- in Z-bozonov (nosilcev šibke interakcije) in pomanjkanje mase v fotonu in gluonu. Leta 2012 so odkrili Higgsov bozon z maso 125 GeV. Vendar znanstveniki verjamejo, da so zunaj standardnega modela lahko tudi drugi Higgovi bozoni manjše mase. Napovedujejo jih dvo-dvojni Higgsov model in NMSSM (naslednji minimalni super-simetrični standardni model). Kljub vsem eksperimentalnim preizkusom znanstvenikom teh hipotez še vedno ni uspelo dokazati ali oporekati.
Znanstveniki na CMS iščejo druge lahke eksotične delce. Sem spadajo na primer temni fotoni - nosilci popolnoma nove temeljne interakcije, ki spominjajo na elektromagnetno in so analogni fotonom za temno snov. Drugi hipotetični delček je temni analog Z-bozona.
Fiziki so izvedli poskus, da bi našli dokaze za obstoj lahkega bozona, ki ga oddaja par lepih kvarkov (b-kvarkov) in razpada v muon in antijuon. Med poskusom trčenja protonov-protonov pri energiji v središču masnega sistema (sistem, v katerem imajo delci enak in nasprotno usmerjen moment), enak 8 TeV, so bili zabeleženi številni dogodki, ki so verjetno povezani s hipotetičnim bozonom.
Prva vrsta dogodkov vključuje pojav curka b-kvarkov v središču detektorja in njegovega sprednjega dela, druga - pojav dveh curkov v središču in niti enega samega curka v sprednjem delu. V obeh primerih smo opazili presežek nastajajočih parov muon in masa parov, kot je pokazala naslednja analiza, je dosegla 28 GeV. Razlika v številu muonskih parov od vrednosti ozadja za dogodke prve vrste je 4,2 standardne deviacije (sigma), za dogodke druge vrste pa 2,9 sigma.
Smrt fizike
V fiziki delcev pet sigma razlike kaže na določen obstoj anomalije, ki ne bi mogla nastati po naključju. Če pa je razlika v območju 3-5 sigma, potem fiziki pravijo, da to samo kaže na obstoj novega delca. V slednjem primeru je treba pridobiti veliko več podatkov za potrditev (ali ovržitev) rezultata, da se izključijo napake pri obdelavi in razlagi podatkov. Če je vse potrjeno, potem lahko rečemo, da mioni nastanejo zaradi razpada delca Nove fizike.
To ni prvič, da so na LHC opazili pojav, ki ne ustreza standardnemu modelu. Leta 2016 so fiziki napovedali odkritje znakov obstoja resonance, ki ustreza masivnemu kratkotrajnemu delcu. Leta 2015 je bil registriran kot presežek parov fotonov s skupno maso 750 GeV, v katere naj bi ta delček razpadel. Z drugimi besedami, ta delček bi moral biti šestkrat bolj masiven kot Higgsov bozon. Vendar pozneje analiza podatkov, zbranih na trkalniku, tega rezultata ni potrdila.
Do zdaj fiziki niso našli nobenih zanesljivih sledi obstoja Nove fizike. Vendar ni nobenega dvoma, da bi moral obstajati, ker standardni model ni sposoben razložiti takšnih pojavov, kot je problem hierarhije fermionskih mas (za njegovo reševanje je uveden hipotetični Goldstonov bozon), obstoj mase v nevtrinih, asimetrija snovi in antimaterije, izvor temne energije in drugo. Že sama prisotnost temne snovi v vesolju predpostavlja cel razred hipotetičnih delcev z eksotičnimi lastnostmi, ki ga sestavljajo. Paradoksalno je, da so znanstveniki doslej zmogli eksperimentalno potrditev izčrpanega standardnega modela.
Nekateri znanstveniki predlagajo, da če je mogoče dokazati Novo fiziko, potem je to treba storiti v zelo bližnji prihodnosti, v naslednjih nekaj letih. V nasprotnem primeru se bo mogoče resno bati, da človeštvo ne bo več zmoglo pomembnih odkritij. Spodbudno je, da se v zadnjem času na pospeševalnikih pojavlja vse več anomalij, ki nakazujejo, da so znanstveniki na robu nečesa povsem novega.
Aleksander Enikejev