Pusaudžu-mazo pasaulei, kvantu valstībai, varētu būt iecienītākā garša.
Protams, mēs nerunājam par itty-bitty saldējuma konusiņiem. Daļiņu pasaule ir sadalīta trīs nometnēs, ko sauc par "garšām" (nejautājiet kāpēc). Piemēram, elektroni attēlo vienu garšu, un ir vēl divas citas daļiņas ar gandrīz identiskām īpašībām - muons un tau -, kurām ir savas garšas. Mums jau sen ir aizdomas - bet nav pierādīts -, ka visiem trim aromātiem jābūt vienlīdzīgiem.
Bet, diemžēl, gadu sadursmju eksperimenti sāk domāt, ka varbūt ne viss ir vienmērīgs.
Šo eksperimentu rezultāti joprojām ir provizoriski un nav pietiekami nozīmīgi, lai apgalvotu stingru plaisu atklāšanu daļiņu fizikas bībelē, ko sauc par standarta modeli. Tomēr, ja rezultāti kavējas, tas varētu pavērt vārtus, lai saprastu visu, sākot no tumšās matērijas un beidzot ar Visuma pirmsākumiem. Jūs zināt, lielas neatrisinātas problēmas mūsdienu fizikā.
Standarta garšas
Daļiņu fizikas standarta modelis valda augstākajā pakāpē, gadu desmitu laikā veiksmīgi pārņemot testu zaudējumus no eksperimentiem visā pasaulē. Šī teorija apvieno mūsu izpratni par trim no četriem Visuma pamat spēkiem - elektromagnētismu, spēcīgu kodolu un vāju kodolu - ar vienu kvantu reklāmkarogu. Kopumā teikts, ka tā ir vispārbaudītākā teorija visā zinātnē, kas spēj izskaidrot plašu fundamentālo mijiedarbību klāstu.
Citiem vārdiem sakot, jūs vienkārši nejaucaties ar standarta modeli.
Un tomēr, mēs zinām, ka šis subatomātiskās pasaules attēls nebūt nav ideāls. Tikai nosaucot dažus piemērus, tas neizskaidro neitrīno masas vai sniedz mums norādes par tumšo vielu. Pārliecinošs vairākums fiziķu uzskata, ka ir vēl viena līdz šim nezināma teorija, kas aptver visu, ko standarta modelis spēj izskaidrot, un lietas, ko tā nevar.
Lieta ir tā, ka mēs nezinām, kā izskatās šī teorija vai kādas prognozes tā varētu sniegt. Tātad ne tikai mēs nezinām pilnīgas atbildes uz dzīvi, Visumu un visu, kas pa vidu, mēs arī nezinām, kā saņemt šīs atbildes.
Lai atrastu mājienus par "labāku teoriju", pētnieki meklē jebkādas standarta modeļa nepilnības vai nepatiesas prognozes - šīs teorijas plaisa varbūt varētu pavērt durvis uz kaut ko lielāku.
Viena no daudzajām standarta modeļa prognozēm attiecas uz leptonu raksturu, kas ir niecīgas vientuļnieku daļiņas, piemēram, elektroni vai kvarki. Leptonus sadala trīs klasēs, kas pazīstamas kā paaudzes vai garšas atkarībā no tā, kuru fiziķi jūs lūdzat. Daļiņām ar atšķirīgu garšu būs visas tās pašas īpašības, izņemot to masas. Piemēram, elektronam, muonam un tau daļiņai ir vienāds elektriskais lādiņš un centrifūga, bet muons pārsniedz elektronu, un tau vēl vairāk - tau ir atšķirīgas garšas.
Saskaņā ar standarta modeli šīm trim elektronu garšām vajadzētu izturēties tieši tāpat. Fundamentālai mijiedarbībai katram no tiem būtu jārada ar vienādu varbūtību; daba vienkārši nespēj noteikt atšķirību starp tām, tāpēc tā īsti nedod priekšroku vienam aromātam salīdzinājumā ar otru.
Runājot par trim aromātiem, daba izvēlas neapoliešu pieeju: tās ir visas.
Skaists rezultāts
Tomēr tā ir visa teorija, un tāpēc tā ir jāpārbauda. Gadu gaitā ir veikti dažādi eksperimenti, piemēram, tie, kas veikti lielajā hadronu sadursmē CERN un BaBar objektā un kuros masīvās sadursmēs sagrauj pamatdaļiņas. Šajās sadursmēs iegūtās daļiņas varētu sniegt norādes par to, kā daba darbojas visdziļākajos līmeņos. Un dažas no šīm sadursmēm ir paredzētas, lai redzētu, vai dabai patīk viena leptona garša pār citām.
It īpaši viena veida daļiņas, ko sauc par apakšējo kvarku, patiešām bauda sadalīšanos leptonos. Dažreiz tas kļūst par elektronu. Dažreiz mūons. Dažreiz tau. Bet neatkarīgi no tā, visiem trim aromātiem ir vienāda iespēja izkļūt no vraka.
Fizikiem ir izdevies uzkrāt simtiem miljonu šādu apakšējās kvarka sabrukšanas, un, sākot ar dažiem gadiem, datos parādījās kaut kas dīvains: Šķita, ka daba šajās mijiedarbībās dod priekšroku tau daļiņām mazliet vairāk nekā citi leptoni. Tomēr tas bija tik tikko statistiski nozīmīgs, tāpēc šos rezultātus bija viegli noņemt kā vienkāršu statistisko kļūdu; iespējams, mēs vienkārši nebijām pietiekoši izskrējuši no sadursmēm, lai viss izlīdzinātos.
Bet gadu gaitā rezultāts ir iestrēdzis, kā norāda fiziķis Antonio Pičs no Spānijas Valensijas universitātes, apskatot šo pētījumu pārskatā, kas novembrī tika publicēts pirmsdrukas datu bāzē arXiv. Daba izskatās diezgan spītīga, runājot par tau daļiņu šķietamo labvēlīgumu. Rezultāts joprojām nav pārliecinošs, bet tā noturība gadu gaitā un dažādos eksperimentos ir radījusi īstu galvas skrāpētāju.
Ne tik standarta modelis
Standarta modelī dažādas leptonu garšas iegūst savu ... labi, aromātu ... pateicoties mijiedarbībai ar Higsa bozonu: jo vairāk aromāts mijiedarbojas ar Higgu, jo lielāka tā masa. Bet pretējā gadījumā daba starp tām nešķiro, līdz ar to tiek prognozēts, ka visām garšām visām mijiedarbībām vajadzētu parādīties vienādi.
Bet, ja šīs tā saucamās "garšas anomālijas" patiešām ir reāla mūsu Visuma iezīme, nevis tikai dažas kļūdas datu apkopošanā, tad mums ir nepieciešams kaut kādā veidā izskaidrot, kāpēc dabai vajadzētu rūpēties vairāk par tau daļiņu, nevis elektronu vai muonu. Viena iespēja ir tāda, ka apkārt var lidot vairāk nekā viena veida Higsa bozons - viens, lai nodrošinātu elektronu un muona masas, un otrs, kas īpaši patīk tau, ļaujot tam biežāk izkļūt no mijiedarbības.
Vēl viena iespēja ir tāda, ka ir papildu daļiņas, kas runā ar tau - daļiņām, kuras mēs vēl neesam redzējuši eksperimentos. Vai varbūt tur ir kāda fundamentāla dabas simetrija, kas atklājas tikai caur leptonu reakciju čukstiem - citiem vārdiem sakot, kādu jaunu dabas spēku, kas parādās tikai šajās neskaidrajās, retajās mijiedarbībās.
Kamēr mēs neliekam pierādījumus (šobrīd šīs statistiskās atšķirības statistiskā nozīmība ir aptuveni 3-sigma, kas nozīmē 99,3% iespēju, ka šis rezultāts ir tikai blūze, turpretī daļiņu fizikas "zelta standarts" ir 5-sigma, jeb 99,97%), mēs nevaram droši zināt. Bet, ja pierādījumi tiks pastiprināti, mēs varētu potenciāli izmantot šo jauno ieskatu, lai atrastu jaunu fiziku ārpus standarta modeļa, paverot iespēju izskaidrot šobrīd neizskaidrojamo, piemēram, ļoti agrīnā Visuma fiziku vai visu, kas notiek ar tumšo vielu.
