CERN-ova analiza rijetkih raspada čestica ukazuje na odstupanja od Standardnog modela

Nedavna istraživanja provedena na Velikom hadronskom sudarivaču (LHC) u CERN-u sugeriraju da smo sve bliže otkrivanju nove, dosad nepoznate fizike – što je i bio jedan od glavnih motiva za izgradnju tog skupocjenog postrojenja. Rezultati eksperimenta LHCb ukazuju na to da se određene subatomske čestice ne ponašaju u skladu s predviđanjima Standardnog modela, teorije koja već pola stoljeća dominira modernom fizikom.

Put do nove fizike?

Iako je Standardni model pružio dosad najbolje razumijevanje temeljnih sila i čestica, on ne nudi objašnjenja za gravitaciju niti za tamnu tvar, koja čini oko četvrtinu svemira, pa fizičari smatraju da bi ga trebalo nadograditi. U ovom slučaju, znanstvenici su se fokusirali na proučavanje raspada B-mezona, procesa u kojem se te čestice transformiraju u druge jedinice materije.

Analizom podataka prikupljenih sudarima protona u tunelu LHC-a, uočeno je da način na koji se ovi raspadi odvijaju izravno proturječi utvrđenim postavkama. Preciznije, mjerenja pokazuju odstupanje od četiri standardne devijacije, što znači da je vjerojatnost da se radi o slučajnoj fluktuaciji podataka tek 1 prema 16.000.

“Pingvini” u akceleratoru

Središte pozornosti ovog istraživanja su takozvani “elektroslabi pingvinski raspadi”. Naziv potječe od specifičnog vizualnog prikaza transformacije B-mezona u kaon, pion i dva miona, koji svojim oblikom podsjeća na pingvina. Ovi su događaji iznimno rijetki u prirodi – prema Standardnom modelu, tek se jedan od milijun B-mezona raspada na ovaj način. Upravo ta rijetkost omogućuje znanstvenicima da posredno uoče utjecaj potencijalnih novih, iznimno teških čestica koje se ne mogu izravno proizvesti u LHC-u.

Takva neizravna promatranja imaju povijesni presedan u fizici. Primjerice, radioaktivnost je otkrivena čak 80 godina prije nego što su izravno viđeni W-bozoni, čestice odgovorne za taj proces. Trenutačni rezultati iz eksperimenta LHCb podudaraju se s neovisnim, iako manje preciznim nalazima eksperimenta CMS objavljenima ranije ove godine, što dodatno učvršćuje tezu o postojanju neotkrivenih sila ili čestica poput “leptokvarkova”, pišu znanstvenici, čiji je rad prihvaćen za objavu u časopisu Physical Review Letters.

Najava novih eksperimenata

Iako je objava prilično intrigantna i izaziva uzbuđenje u znanstvenoj zajednici, “zlatni standard” za potvrdu novih otkrića i teorija zahtijeva pouzdanost od pet standardnih devijacija (pet sigma), dok trenutačni rezultati ostaju na četiri – no, ima nade da bi se oni mogli potvrditi u dogledno vrijeme.

Sadašnja analiza temeljila se na 650 milijardi raspada zabilježenih do 2018. godine, no eksperiment LHCb u međuvremenu je prikupio triput više podataka. Dodatno, planirane nadogradnje sustava tijekom 2030-ih godina omogućit će prikupljanje čak 15 puta većeg skupa podataka. Njihova analiza mogla bi donijeti konačnu potvrdu i otvoriti vrata novom razumijevanju funkcioniranja svemira na njegovoj najelementarnijoj razini.