Ο κόσμος της έφηβης-μικροσκοπικής, η κβαντική σφαίρα, θα μπορούσε να έχει μια αγαπημένη γεύση.
Δεν μιλάμε για κώνοι παγωτού παγωτού, φυσικά. Ο κόσμος των σωματιδίων χωρίζεται σε τρία στρατόπεδα, που ονομάζονται "γεύσεις" (μην ρωτάτε γιατί). Για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια αντιπροσωπεύουν μια γεύση και υπάρχουν δύο άλλα σωματίδια με σχεδόν ταυτόσημες ιδιότητες, το μιονί και το tau που έχουν τις δικές τους γεύσεις. Έχουμε από καιρό υποψιαστεί - αλλά δεν αποδεικνύεται - ότι και οι τρεις γεύσεις θα πρέπει να είναι ισότιμες.
Αλλά, δυστυχώς, χρόνια πειράματα συγκρούσεων έχουν αρχίσει να υποδηλώνουν ότι ίσως δεν είναι όλα ακόμα γερά.
Τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων είναι ακόμα προσωρινά και δεν είναι αρκετά σημαντικά για να διεκδικήσουν την εύρεση μιας ρωγμής στη Βίβλο της Φυσικής των σωματιδίων που ονομάζεται Πρότυπο Μοντέλο. Ωστόσο, αν τα αποτελέσματα παραμείνουν, αυτό θα μπορούσε να ανοίξει την πύλη για την κατανόηση όλων, από τη σκοτεινή ύλη μέχρι τις ρίζες του σύμπαντος. Ξέρεις, τα μεγάλα άλυτα προβλήματα στη σύγχρονη φυσική.
Τυπικές γεύσεις
Το πρότυπο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων βασιλεύει υπέρτατο, επιτυχώς μεταδίδοντας επίμονες δοκιμασίες από πειράματα σε όλο τον κόσμο μέσα σε δεκαετίες. Αυτή η θεωρία ενοποιεί την κατανόησή μας για τρεις από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις του σύμπαντος - ηλεκτρομαγνητισμό, ισχυρή πυρηνική και αδύναμη πυρηνική ενέργεια - κάτω από ένα κβαντικό πανό. Όλοι έχουν πει ότι είναι η πιο δοκιμασμένη θεωρία σε όλη την επιστήμη, ικανή να εξηγήσει μια τεράστια ποικιλία θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων.
Με άλλα λόγια, μπορείτε απλά να μην χαλάσετε με το Standard Model.
Και όμως, γνωρίζουμε ότι αυτή η εικόνα του υποατομικού κόσμου απέχει πολύ από την τέλεια. Ακριβώς για να αναφέρουμε μερικά παραδείγματα, δεν εξηγεί τις μάζες ουδετερινών ή μας δίνει ένδειξη για τη σκοτεινή ύλη. Η συντριπτική πλειοψηφία των φυσικών πιστεύει ότι υπάρχει μια άλλη θεωρία, μέχρι τώρα άγνωστη, που περιλαμβάνει όλα όσα μπορεί να εξηγήσει το Μοντέλο Μοντέλο και τα πράγματα που δεν μπορεί.
Το φρικτό πράγμα είναι ότι δεν ξέρουμε τι φαίνεται αυτή η θεωρία ή τι προβλέψεις μπορεί να κάνει. Επομένως, όχι μόνο δεν γνωρίζουμε τις πλήρεις απαντήσεις στη ζωή, το σύμπαν και όλα στο μεταξύ, και δεν γνωρίζουμε πώς να πάρουμε αυτές τις απαντήσεις.
Για να βρουν υπαινιγμούς για μια «Καλύτερη Θεωρία», οι ερευνητές βρίσκονται στο κυνήγι για οποιεσδήποτε ατέλειες ή ψευδείς προβλέψεις του Τυποποιημένου Μοντέλου - μια ρωγμή σε αυτή τη θεωρία θα μπορούσε ενδεχομένως να ανοίξει την πόρτα σε κάτι μεγαλύτερο.
Μία από τις πολλές προβλέψεις του Τυπικού Μοντέλου αφορά τη φύση των λεπτονίων, τα οποία είναι μικροσκοπικά, μοναχικά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια ή τα κουάρκ. Τα λεπτόνια ομαδοποιούνται σε τρεις κατηγορίες, γνωστές ως γενεών ή γεύσεις ανάλογα με το ποιος φυσικός ζητάτε. Τα σωματίδια με διαφορετικές γεύσεις θα μοιράζονται όλες τις ίδιες ιδιότητες εκτός από διαφορετικές μάζες. Για παράδειγμα, το ηλεκτρόνιο, το μιόνιο και το σωματίδιο tau έχουν όλα το ίδιο ηλεκτρικό φορτίο και περιστροφή, αλλά το μιόν υπερτερεί του ηλεκτρόνιου και το tau ακόμη περισσότερο - έχουν διαφορετικές γεύσεις.
Σύμφωνα με το πρότυπο μοντέλο, αυτές οι τρεις γεύσεις του ηλεκτρονίου πρέπει να συμπεριφέρονται ακριβώς το ίδιο. Οι θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις πρέπει να παράγουν καθένα από αυτά με την ίδια πιθανότητα. η φύση απλά δεν μπορεί να πει τη διαφορά μεταξύ τους, οπότε δεν ευνοεί πραγματικά μια γεύση από την άλλη.
Όταν πρόκειται για τις τρεις γεύσεις, η φύση παίρνει τη ναπολιτάνια προσέγγιση: όλα αυτά.
Ένα όμορφο αποτέλεσμα
Ωστόσο, αυτή είναι όλη η θεωρία, και έτσι πρέπει να εξεταστεί. Με τα χρόνια, διάφορα πειράματα, όπως αυτά που διεξήχθησαν στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN και στη μονάδα BaBar, όπου τα θεμελιώδη σωματίδια θρυμματίζονται μαζί σε μαζικές συγκρούσεις. Τα προκύπτοντα σωματίδια που παράγονται από αυτές τις συγκρούσεις θα μπορούσαν να παράσχουν ενδείξεις για το πώς λειτουργεί η φύση στα βαθύτερα επίπεδα. Και μερικές από αυτές τις συγκρούσεις έχουν σχεδιαστεί για να δούμε αν η φύση αρέσει μια γεύση lepton πάνω από τις άλλες.
Συγκεκριμένα, ένα είδος σωματιδίου, που ονομάζεται κατώτατο κουάρκ, απολαμβάνει πραγματικά να αποσυντίθεται σε λεπτόνια. Μερικές φορές γίνεται ηλεκτρόνιο. Μερικές φορές ένα μιόνιο. Μερικές φορές ένα tau. Αλλά δεν έχει σημασία τι και οι τρεις γεύσεις έχουν ίσες πιθανότητες να βγουν από τα συντρίμμια.
Οι φυσικοί έχουν καταφέρει να συσσωρεύουν εκατοντάδες εκατομμύρια τέτοιων αποσυνθέσεων πυθμένα κουάρκ και ξεκινώντας πριν από μερικά χρόνια εμφανίστηκε κάτι περίεργο στα δεδομένα: Η φύση φαινόταν να ευνοεί τα σωματίδια tau σε αυτές τις αλληλεπιδράσεις λίγο περισσότερο από τα άλλα λεπτόνια. Ωστόσο, ήταν ελάχιστα στατιστικά σημαντικό, οπότε ήταν εύκολο να κυματίσουμε αυτά τα αποτελέσματα ως απλά στατιστικά στοιχεία. ίσως, απλά δεν είχαμε τρέξει αρκετές από τις συγκρούσεις για να ξεπεράσουμε τα πάντα.
Αλλά καθώς τα χρόνια έχουν περάσει, το αποτέλεσμα έχει κολλήσει, όπως λέει ο φυσικός Antonio Pich, του Πανεπιστημίου της Βαλένθια στην Ισπανία, σε μια ανασκόπηση αυτής της έρευνας που δημοσιεύτηκε στη βάση δεδομένων preprint arXiv τον Νοέμβριο. Η φύση κοιτάζει αρκετά πεισματάρης όταν πρόκειται για την φαινομενική ευνοϊκότητά της για το σωματίδιο tau. Το αποτέλεσμα εξακολουθεί να μην είναι καθοριστικό, αλλά η επιμονή του με την πάροδο των ετών και σε διαφορετικά πειράματα έχει κάνει για έναν πραγματικό κηδεμόνα.
Το μοντέλο που δεν είναι τόσο πρότυπο
Στο Πρότυπο Μοντέλο, οι διαφορετικές γεύσεις των λεπτών παίρνουν το ... καλά, γεύση ... μέσω των αλληλεπιδράσεών τους με το μποζόνιο Higgs: Όσο μεγαλύτερη γεύση αλληλεπιδρά με το Higgs, τόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του. Αλλά διαφορετικά η φύση δεν διαφοροποιεί μεταξύ τους, επομένως η πρόβλεψη ότι όλες οι γεύσεις θα πρέπει να εμφανίζονται εξίσου σε όλες τις αλληλεπιδράσεις.
Αλλά αν αυτές οι λεγόμενες "ανωμαλίες γεύσης" είναι πράγματι ένα πραγματικό χαρακτηριστικό του σύμπαντος μας και όχι μόνο κάποιο σφάλμα στη συλλογή δεδομένων, τότε χρειαζόμαστε κάποιο τρόπο για να εξηγήσουμε γιατί η φύση πρέπει να ενδιαφέρεται περισσότερο για το σωματίδιο tau από το ηλεκτρόνιο ή το μιόνιο. Μια πιθανότητα είναι ότι μπορεί να υπάρχουν περισσότερα από ένα είδη βοζών Higgs που πετούν γύρω - ένα για να παρέχουν τις μάζες του ηλεκτρονίου και του μιονίου, και ένα άλλο που αγαπά ιδιαίτερα το tau, επιτρέποντάς του να ξεφύγει από τις αλληλεπιδράσεις πιο συχνά.
Μια άλλη πιθανότητα είναι ότι υπάρχουν επιπλέον σωματίδια που μιλούν στα σωματίδια tau που δεν έχουμε δει ακόμη στα πειράματα. Ή ίσως υπάρχει κάποια βασική συμμετρία της φύσης που αποκαλύπτεται μόνο μέσω των ψιθυρισμένων αντιδράσεων από το lepton - με άλλα λόγια, κάποια νέα δύναμη της φύσης που εμφανίζεται μόνο σε αυτές τις συγκεχυμένες, σπάνιες αλληλεπιδράσεις.
Μέχρι να φτιάξουμε τη μάρκα αποδεικτικών στοιχείων (αυτή τη στιγμή, η στατιστική σημασία αυτής της διαφοράς είναι περίπου 3-sigma, που αντιπροσωπεύει μια πιθανότητα 99,3% ότι αυτό το αποτέλεσμα είναι απλά ένα τρεμάκι ενώ το "χρυσό πρότυπο" για τη φυσική των σωματιδίων είναι 5-sigma, ή 99,97%), δεν μπορούμε να γνωρίζουμε με βεβαιότητα. Αλλά εάν τα στοιχεία καταστούν αυστηρότερα, θα μπορούσαμε ενδεχομένως να χρησιμοποιήσουμε αυτή τη νέα ιδέα για να βρούμε νέα φυσική πέρα από το Τυπικό Μοντέλο, ανοίγοντας έτσι τη δυνατότητα να εξηγήσουμε τις τρέχουσες ανεξήγητες, όπως η φυσική του πρώιμου σύμπαντος ή ό, τι συμβαίνει με σκοτεινή ύλη.
