Tego lata w Chicago, od 3 do 10 sierpnia, teoretycy i fizycy eksperymentalni z całego świata będą uczestniczyć w Międzynarodowej Konferencji Fizyki Wysokich Energii (ICHEP). Jedna z głównych atrakcji tej konferencji pochodzi z CERN Laboratories, gdzie fizycy cząstek przedstawiają bogactwo nowych danych, które Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) opracował do tej pory w tym roku.
Ale pośród wszystkich emocji wynikających z możliwości obejrzenia ponad 100 najnowszych wyników, trzeba było również podzielić się złą wiadomością. Dzięki wszystkim nowym danym dostarczonym przez LHC szansa na odkrycie nowej cząstki elementarnej - możliwość, która zaczęła pojawiać się prawdopodobnie osiem miesięcy temu - teraz zmalała. Szkoda, ponieważ istnienie tej nowej cząstki byłoby przełomowe!
Wskazania dotyczące tej cząstki pojawiły się po raz pierwszy w grudniu 2015 r., Kiedy zespoły fizyków używające dwóch detektorów cząstek CERN (ATLAS i CMS) zauważyły, że zderzenia przeprowadzone przez LHC wytwarzały więcej par fotonów niż oczekiwano, a ich łączna energia 750 gigaelektronowoltów. Chociaż najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem był statystyczny błąd, istniała kolejna kusząca możliwość - że widzieli dowody nowej cząstki.
Gdyby ta cząstka była rzeczywiście prawdziwa, prawdopodobnie byłaby to cięższa wersja bozonu Higgsa. Ta cząsteczka, która nadaje masie inne cząstki elementarne, została odkryta w 2012 r. Przez naukowców z CERN. Ale podczas gdy odkrycie bozonu Higgsa potwierdziło Standardowy Model Fizyki Cząstek (który był konwencją naukową przez ostatnie 50 lat), możliwe istnienie tej cząstki było z nią niezgodne.
Inną, być może nawet bardziej ekscytującą teorią było to, że cząstka była długo poszukiwanym grawitronem, teoretyczną cząsteczką, która działa jako „nośnik siły” dla grawitacji. Jeśli rzeczywiście tak było to cząstki, naukowcy w końcu mieliby sposób na wyjaśnienie, w jaki sposób ogólna teoria względności i mechanika kwantowa idą w parze - coś, co wymykało im się przez dziesięciolecia i hamowało rozwój teorii wszystkiego (ToE).
Z tego powodu w środowisku naukowym panuje dość podekscytowania, na ten temat wydano ponad 500 prac naukowych. Jednak dzięki ogromnej ilości danych dostarczonych w ciągu ostatnich kilku miesięcy badacze z CERN zostali zmuszeni ogłosić w piątek na ICEP 2016, że nie ma żadnych nowych dowodów na obecność cząstki.
Wyniki zostały przedstawione przez przedstawicieli zespołów, którzy po raz pierwszy zauważyli niezwykłe dane w grudniu ubiegłego roku. Bruno Lenzi reprezentował detektor ATLAS firmy CERN, który jako pierwszy zauważył pary fotonów. Tymczasem Chiara Rovelli reprezentująca konkurencyjny zespół korzystający z kompaktowego elektromagnesu muona (CMS), który potwierdził odczyty.
Jak wykazali, odczyty wskazujące na wyparowanie par fotonów w grudniu zeszłego roku poszły w linii płaskiej, usuwając wszelkie wątpliwości, czy to był przypadek. Jednak jako Tiziano Campores - rzecznik C.M.S. - był cytowany przez New York Times jak powiedział w przeddzień ogłoszenia, zespoły zawsze miały jasność, że nie jest to prawdopodobne:
„Nic nie widzimy. W tym momencie istnieje nawet niewielki deficyt. To rozczarowujące, ponieważ zrobiono o tym tyle szumu. [Ale] zawsze byliśmy bardzo fajni ”.
Wyniki te zostały również stwierdzone w dokumencie przedłożonym CERN przez C.M.S. zespół tego samego dnia. A CERN Laboratories powtórzyło to oświadczenie w niedawnym komunikacie prasowym, który dotyczył najnowszych transmisji danych prezentowanych na ICEP 2016:
„W szczególności intrygująca wskazówka o możliwym rezonansie przy rozpadzie 750 GeV na pary fotonów, która wywołała znaczne zainteresowanie danymi z 2015 r., Nie pojawiła się ponownie w znacznie większym zestawie danych z 2016 r., A zatem wydaje się być fluktuacją statystyczną.”
To były rozczarowujące wieści, ponieważ odkrycie nowej cząstki mogło rzucić nieco światła na wiele pytań wynikających z odkrycia bozonu Higgsa. Odkąd po raz pierwszy zaobserwowano go w 2012 roku, a później potwierdzono, naukowcy starają się zrozumieć, jak to jest, że to, co nadaje innym cząsteczkom ich masę, może być tak „lekkie”.
Pomimo tego, że jest najcięższą cząstką elementarną - o masie 125 miliardów woltów elektronów - teoria kwantowa przewidywała, że bozon Higgsa musiał być bilionami razy cięższy. Aby to wyjaśnić, fizycy teoretyczni zastanawiali się, czy faktycznie działają jakieś inne siły, które utrzymują masę bozonu Higgsa na dystans - tj. Jakieś nowe cząstki. Chociaż nie odkryto jeszcze żadnych egzotycznych cząstek, dotychczasowe wyniki były zachęcające.
Na przykład wykazali, że eksperymenty z LHC zarejestrowały już około pięć razy więcej danych w ciągu ostatnich ośmiu miesięcy niż w całym ubiegłym roku. Dali też naukowcom wgląd w zachowanie cząstek subatomowych przy energiach 13 bilionów elektronowoltów (13 TeV), nowy poziom osiągnięty w ubiegłym roku. Ten poziom energii został umożliwiony dzięki ulepszeniom przeprowadzonym na LHC podczas jego dwuletniej przerwy; przedtem działał z zaledwie połową mocy.
Kolejną rzeczą godną pochwały jest fakt, że LHC przekroczył wszystkie poprzednie rekordy wydajności w czerwcu ubiegłego roku, osiągając szczytową jasność wynoszącą 1 miliard zderzeń na sekundę. Zdolność do przeprowadzania eksperymentów na tym poziomie energii i angażowania tak wielu kolizji zapewniła badaczom LHC wystarczająco duży zestaw danych, aby mogli przeprowadzić dokładniejsze pomiary procesów w Modelu Standardowym.
W szczególności będą mogli szukać anomalnych oddziaływań cząstek przy wysokiej masie, co stanowi pośredni test fizyki poza modelem standardowym - w szczególności nowe cząstki przewidywane przez teorię supersymetrii i innych. I choć wciąż nie odkryli żadnych nowych egzotycznych cząstek, dotychczasowe wyniki były zachęcające, głównie dlatego, że pokazują, że LHC daje więcej niż kiedykolwiek wcześniej.
I odkrycie czegoś, co mogłoby wyjaśnić pytania wynikające z odkrycia bozonów Higgsa, byłoby dużym przełomem, wielu zgadza się, że po prostu było zbyt wcześnie, aby wzbudzić nasze nadzieje. Jak powiedział Fabiola Gianotti, dyrektor generalny w CERN:
„Jesteśmy dopiero na początku podróży. Znakomita wydajność akceleratora LHC, eksperymentów i obliczeń bardzo dobrze wróży szczegółowej i kompleksowej eksploracji kilku skali energii TeV oraz znaczący postęp w naszym rozumieniu podstawowej fizyki. ”
Na razie wydaje się, że wszyscy będziemy musieli uzbroić się w cierpliwość i czekać na dalsze wyniki naukowe. I wszyscy możemy pocieszyć się faktem, że przynajmniej na razie Model Standardowy nadal wydaje się być poprawny. Oczywiście nie ma skrótów, jeśli chodzi o ustalenie, jak działa Wszechświat i jak wszystkie jego podstawowe siły pasują do siebie.
