Svět dospívajících, kvantové říše, by mohl mít oblíbenou chuť.
Nemluvíme samozřejmě o zmrzlinových zmrzlinách. Svět částic je rozdělen do tří táborů, zvaných „příchutě“ (neptejte se proč). Například elektrony představují jednu příchuť a existují dvě další částice s téměř totožnými vlastnostmi, mion a tau, které mají své vlastní příchutě. Dlouho jsme předpokládali - ale neprokázali -, že všechny tři příchutě by měly být na stejné úrovni.
Ale bohužel, roky experimentů srážky začínají naznačovat, že možná ne všechno je dokonce vyrovnáno.
Výsledky těchto experimentů jsou stále předběžné a nejsou natolik významné, aby si vyžádaly pevný objev trhliny v Bibli fyziky částic zvané Standardní model. Pokud by však výsledky vydržely, mohlo by to otevřít bránu k pochopení všeho od temné hmoty po počátky vesmíru. Víte, hlavní nevyřešené problémy moderní fyziky.
Standardní příchutě
Standardní model částicové fyziky vládne nejvyšší, úspěšně absolvuje zkoušky testů z celého světa v průběhu desetiletí. Tato teorie sjednocuje naše chápání tří ze čtyř základních sil vesmíru - elektromagnetismu, silné a slabé jaderné energie - pod jedním kvantovým proužkem. Všichni říkají, že je to nejvíce osvědčená teorie v celé vědě, která je schopna vysvětlit širokou škálu základních interakcí.
Jinými slovy, jednoduše se s tímto standardním modelem nestrávíte.
A přesto víme, že tento obrázek subatomického světa není zdaleka dokonalý. Jen abychom jmenovali pár příkladů, nevysvětluje neutrinové masy ani nám nedává ponětí o temné záležitosti. Drtivá většina fyziků věří, že existuje jiná teorie, dosud neznámá, která zahrnuje vše, co je standardní model schopen vysvětlit, a věci, které nedokáže.
Bummer věc je, že nevíme, jak tato teorie vypadá nebo jaké předpovědi by to mohlo udělat. Nevíme tedy pouze úplné odpovědi na život, vesmír a všechno mezi tím, také nevíme, jak tyto odpovědi získat.
Chcete-li najít náznaky „lepší teorie“, vědci hledají jakékoli nedostatky nebo falešné předpovědi standardního modelu - trhlina v této teorii by možná otevřela dveře něčemu většímu.
Jedna z mnoha předpovědí standardního modelu se týká povahy leptonů, což jsou drobné osamělé částice, jako jsou elektrony nebo kvarky. Leptony jsou seskupeny do tří tříd, známých jako generace nebo příchutě v závislosti na tom, kterého fyzika se ptáte. Částice s různými příchutěmi budou sdílet všechny stejné vlastnosti s výjimkou různých hmot. Například elektron, mion a částice tau mají stejný elektrický náboj a spinu, ale mion převažuje nad elektronem a tau ještě více - mají různé příchutě.
Podle standardního modelu by se tyto tři příchutě elektronu měly chovat přesně stejně. Základní interakce by měly vést ke každému z nich se stejnou pravděpodobností; příroda prostě nedokáže rozeznat rozdíl mezi nimi, takže to opravdu nezvýhodňuje jednu příchuť před druhou.
Pokud jde o tři příchutě, příroda zaujme neapolský přístup: všechny.
Nádherný výsledek
To je ale celá teorie, a tak by to mělo být vyzkoušeno. V průběhu let byly různé experimenty, jako například ty, které byly provedeny ve velkém hadronovém srážce v CERNu a v zařízení BaBar, ve kterém se základní částice při masivních srážkách rozbily. Výsledné částice produkované těmito srážkami by mohly poskytnout vodítko, jak příroda pracuje na nejhlubších úrovních. A některé z těchto srážek byly navrženy tak, aby zjistily, zda příroda má rád jednu příchuť leptonu nad ostatními.
Zejména jeden druh částice, zvaný dolní kvark, se opravdu rozkládá na leptony. Někdy se stává elektronem. Někdy mion. Někdy tau. Ale bez ohledu na to, všechny tři příchutě mají stejnou šanci, že se vynoří z trosek.
Fyzikům se podařilo nashromáždit stovky milionů takových rozpadů spodních kvarků a od data před několika lety se v datech objevilo něco divného: Zdálo se, že příroda upřednostňuje částice tau v těchto interakcích o něco více než ostatní leptony. To však bylo stěží statisticky významné, takže bylo snadné tyto výsledky zamávat jako pouhou statistickou fluke; možná jsme prostě neběhli dost kolizí, aby všechno vyšlo najevo.
Ale jak léta uplynula, výsledek, jak fyzik Antonio Pich z univerzity ve Valencii ve Španělsku, poukazuje na přezkum tohoto výzkumu zveřejněného v předtiskové databázi arXiv v listopadu. Příroda vypadá velmi tvrdohlavě, pokud jde o její zjevný favoritismus částice tau. Výsledek stále není přesvědčivý, ale jeho vytrvalost v průběhu let a napříč různými experimenty vedla ke skutečnému škrábání hlavy.
Není tak standardní model
Ve standardním modelu získávají různé příchutě leptonů svou… no, chuť… díky interakcím s Higgsovým bosonem: Čím více chuť interaguje s Higgs, tím větší je jeho hmotnost. Ale jinak příroda mezi nimi nerozlišuje, a proto se předpokládá, že všechny příchutě by se měly objevit ve všech interakcích stejně.
Ale pokud jsou tyto takzvané „aromatické anomálie“ skutečně skutečným rysem našeho vesmíru a ne jen nějakou chybou ve sběru dat, pak potřebujeme nějaký způsob, jak vysvětlit, proč by se příroda měla více starat o částice tau než elektron nebo mion. Jednou z možností je, že kolem by mohl létat více než jeden druh Higgsova bosonu - jedna, která poskytuje hmoty elektronů a muonů, a druhá, která je obzvláště ráda tau, což umožňuje častěji vyskakovat z interakcí.
Další možností je, že existují další částice, které mluví s tau - částice, které jsme dosud v experimentech neviděli. Nebo možná existuje nějaká základní symetrie přírody, která se odhaluje pouze šepotem leptonových reakcí - jinými slovy, nějaká nová síla přírody, která se objevuje pouze v těchto temných, vzácných interakcích.
Dokud nezískáme důkazy (právě teď, statistická významnost tohoto rozdílu je kolem 3 sigma, což představuje 99,3% šanci, že tento výsledek je jen motoukem, zatímco „zlatý standard“ pro fyziku částic je 5 sigma, nebo 99,97%), nemůžeme to s jistotou vědět. Pokud by se však důkazy zpřísnily, mohli bychom potenciálně využít tento nový náhled k nalezení nové fyziky nad rámec standardního modelu, což by otevřelo možnost vysvětlit v současné době nevysvětlitelné, jako je fyzika velmi raného vesmíru nebo cokoli se sakra děje s temnou hmotou.
