Znanstvenici koji su radili u suradnji s CMS-om izvijestili su o vjerojatnom otkriću nepoznate čestice koja propada u muone ukupne mase 28 GeV. Trenutno nijedan teoretski model ne predviđa postojanje ove čestice, ali znanstvenici se nadaju da ta anomalija nije rezultat statističke pogreške. Preprint promatranja dostupan je u spremištu arXiv.org. Detaljno ćemo vam reći o studiji, koja može biti i otkriće i novo otkriće.
Pakleni svitak
Kompaktni muonski solenoid ili CMS (Compact Muon Solenoid) je detektor velikih čestica smješten na velikom hadronskom sudaraču (LHC). Ovaj džinovski uređaj s promjerom od 15 metara i težinom od 15 tisuća tona dizajniran je za traženje Nove fizike - fizike izvan standardnog modela. Ako Standardni model opisuje svojstva svih poznatih elementarnih čestica (a neke još nisu potvrđene), onda hipoteze u okviru Nove fizike pokušavaju objasniti razne pojave koji znanstvenicima i dalje ostaju misterija.
Prema jednoj od hipoteza - supersimetriji - svaka poznata elementarna čestica odgovara superpartneru s težom masom. Na primjer, partner elektrona, koji je fermion, je sezonski bozon, a partner gluona (koji je bozon) je gluino fermion. Međutim, nedostatak rezultata koji bi potvrdili supersimetriju doveo je do činjenice da ovaj model napušta sve više znanstvenika.
Sudari protona i protona odvijaju se unutar detektora. Svaki se protoni sastoji od tri kvarka koja se zajedno drže gluonskim poljem. Velikom brzinom, usporedivom sa brzinom svjetlosti, gluonsko polje pretvara se u "juhu" čestica - gluona. U glavom sudaru protona, samo nekoliko kvarkova ili gluona međusobno djeluju, ostatak čestica leti bez prepreka. Događaju se reakcije koje proizvode mnogo kratkotrajnih čestica, a razni CMS detektori bilježe proizvode propadanja, uključujući i muone. Muoni nalikuju elektronima, ali 200 puta masivniji.
Uz pomoć detektora smještenih izvan solenoida, znanstvenici su u stanju pratiti putanje muona s velikom točnošću i utvrditi što je točno uzrokovalo pojavu određene čestice. Potreban je veliki broj sudara protona-protona kako bi se povećale šanse za stvaranje rijetke čestice koja se dezintegrira na muone. Ovo stvara astronomsku količinu podataka (oko 40 terabajta u sekundi), a kako bi se u njima brzo pronašlo nešto neobično, koristi se poseban okidački sustav koji odlučuje koje će podatke snimiti.
Promotivni video:
Duh iznutra
CMS, zajedno s ATLAS detektorom, koji se također nalazi u LHC-u, korišten je za traženje Higgsovog bozona koji je predvidio Standardni model. Ova čestica je odgovorna za masu W- i Z-bozona (nosioci slabe interakcije) i manjak mase u fotonu i gluonu. U 2012. godini otkriven je Higgsov bozon mase 125 GeV. Međutim, znanstvenici vjeruju da mogu biti i drugi Higgovi bozoni niže mase izvan standardnog modela. Predviđa ih Higgsov dvostruki model i NMSSM (sljedeći minimalni supersimetrični standardni model). Unatoč svim eksperimentalnim testovima, znanstvenici još uvijek nisu uspjeli dokazati ili opovrgnuti te hipoteze.
Znanstvenici na CMS-u traže druge svjetlosne egzotične čestice. Tu se ubrajaju, na primjer, tamni fotoni - nositelji potpuno nove temeljne interakcije, podsjećaju na elektromagnetsku i koji su analogni fotonima tamne materije. Druga hipotetička čestica je tamni analog Z-bozona.
Fizičari su proveli eksperiment kako bi pronašli dokaze za postojanje lakog bozona koji emitira par lijepih kvarkova (b-kvarkova) i koji se raspadaju u muon i antijuon. Tijekom eksperimenta u sudarima protona-protona s energijom u centru sustava mase (sustav u kojem čestice imaju jednak i suprotno usmjeren moment) jednak 8 TeV, zabilježeni su brojni događaji koji su vjerojatno povezani s hipotetičkim bozonom.
Prva vrsta događaja uključuje pojavu mlaza b-kvarkova u središtu detektora i na njegovom prednjem dijelu, a druga - pojava dva mlaza u središtu, a ni jednog mlaznog prednjeg dijela. U oba slučaja je uočen višak novonastalih parova muona, a masa parova, kako je pokazano naknadnom analizom, dostigla je 28 GeV. Razlika u broju muonskih parova od pozadinskih vrijednosti za događaje prve vrste je 4,2 standardne devijacije (sigma), a za događaje druge vrste 2,9 sigma.
Smrt fizike
U fizici čestica, razlika od pet sigma ukazuje na određeno postojanje anomalije do koje nije moglo doći slučajno. Međutim, ako se razlika nalazi u rasponu od 3-5 sigma, onda fizičari kažu da to samo ukazuje na postojanje nove čestice. U potonjem slučaju potrebno je pribaviti mnogo više podataka za potvrdu (ili pobijanje) rezultata, kako bi se isključile pogreške u obradi i interpretaciji podataka. Ako se sve potvrdi, onda možemo reći da munici nastaju zbog propadanja čestice Nove fizike.
Ovo nije prvi put da je na LHC-u uočen fenomen koji se ne uklapa u Standardni model. Godine 2016. fizičari su najavili otkriće znakova postojanja rezonancije koja odgovara masivoj kratkotrajnoj čestici. Registriran je 2015. godine kao višak parova fotona ukupne mase 750 GeV, u koje ta čestica navodno propada. Drugim riječima, ova bi čestica trebala biti šest puta masivnija od Higgsovog bozona. Međutim, kasnije prikupljeni podaci na sudaraču nisu potvrdili ovaj rezultat.
Do sada, fizičari nisu pronašli pouzdane tragove postojanja Nove fizike. Međutim, nema sumnje da bi on trebao postojati, jer Standardni model nije u stanju objasniti takve pojave kao što je problem hijerarhije fermionskih masa (za njegovo rješavanje uvodi se hipotetski Goldstonov bozon), postojanje mase u neutrinovima, asimetrija materije i antimaterije, podrijetlo tamne energije i drugo. Sama prisutnost tamne materije u Svemiru pretpostavlja čitav razred hipotetskih čestica egzotičnih svojstava koje ga čine. Paradoksalno je da su sve što su znanstvenici do sada mogli učiniti eksperimentalno potvrditi iscrpljeni Standardni model.
Neki znanstvenici sugeriraju da ako je moguće dokazati Novu fiziku, to bi trebalo biti učinjeno u vrlo skoroj budućnosti, u sljedećih nekoliko godina. U suprotnom, bit će moguće ozbiljno strahovati da čovječanstvo više neće moći napraviti značajna otkrića. Ohrabruje činjenica da se u posljednje vrijeme na akceleratorima nalazi sve više anomalija, nagovještavajući da su znanstvenici na rubu nečeg potpuno novog.
Aleksandar Enikeev