Ίσως και κάτι να τρέχει με τα μιόνια

Ίσως και κάτι να τρέχει με τα μιόνια

  • |

Βόμβα στα θεμέλια του Καθιερωμένου Μοντέλου με μόνη εξήγηση την παρουσία νέων εξωτικών σωματιδίων.
 

Σχεδόν εννιά χρόνια μετά την ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς, έχουμε αρχίσει και το παίρνουμε απόφαση οτι, αντίθετα με ό,τι ήλπιζε μια ολόκληρη γενιά θεωρητικών, δεν υπάρχει κάτι άλλο να ανακλυφθεί στις ενέργειες που εξερευνά ο Μεγάλος Αδρονικός Επιταχυντής (LHC) στο CERN. Σαν τους τοξικοεξαρτημενους που ελπίζουν σε ένα τελευταίο φιξάκι ξεχασμένο κάπου στο σπίτι, ψάχνουμε κάθε τρίμηνο στα πειραματικά αποτελέσματα μπας και βρεθεί καμιά απόκλιση από τα προβλεπόμενα.

Αχιλλέας Λαζόπουλος

Κάτι, έστω, που να αφήνει ανοιχτό το ενδεχόμενο άγνωστα ακόμα σωματίδια να έχουν και την παραμικρή επίδραση σε ό,τι βρίσκεται αυτή τη δεκαετία εντός της περιοχής του μετρήσιμου. Ο βαθμός απελπισίας είναι τέτοιος που το ενδιαφέρον στρέφεται ακόμα και σε βορβορώδεις αντιδράσεις όπως οι διασπάσεις Β-μεσονίων, στις χθαμαλές ενέργειες των λίγων γιγαηλεκτρονιοβόλτ, δηλ. μερικές φορές τη μάζα του πρωτονίου, ένα φασμα ενεργειών που εξερευνήθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του ’70.

Τα μεσόνια είναι σύνθετα σωματίδια φτιαγμένα από δύο κουάρκ. Τα Β-μεσόνια έχουν ένα τουλάχιστον b-quark (‘b’ for beauty), το βαρύτερο από τα κουάρκ που φτιάχνει μεσόνια, και άρα οι ιδιότητές τους παρουσιάζουν ενδιαφέρον. Οι αντίστοιχες μελέτες όμως περιπλέκονται από δυσώδεις λεπτομέριες εξαιτίας των σχετικά χαμηλών ενεργειών, στις οποίες η ισχυρή αλληλεπίδραση είναι όντως ισχυρή, οι θεωρητικοί υπολογισμοί αδύνατοι (ή έστω πολύ δύσκολοι) και οι μη-υπολογίσιμες από πρώτες αρχές παράμετροι, που πρέπει συνεπώς να μοντελοποιηθούν, αρκετές. Παρ’ όλα αυτά, υπάρχουν ορισμένες διασπάσεις αυτών των Β-μεσονίων, είτε σε ζεύγος ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου, είτε σε ζεύγος μιονίων (βαρύτερη εκδοχή του ηλεκτρονίου), οι οποίες είναι εξαιρετικά σπάνιες, και για αυτό, εν μέρει, εξαιρετικά καθαρές, πάντα για τα λασπώδη μέτρα των Β-μεσονίων. Η θεωρία λέει οτι οι διασπάσεις προς ηλεκτρόνια είναι το ίδιο πιθανές με τις διασπάσεις προς μιόνια.

Το LHCb, ένα πείραμα στο LHC ειδικά φτιαγμένο για τη μελέτη Β-μεσονίων, που δεν έχει την αίγλη των άλλων δυο γενικών πειραμάτων, ATLAS και CMS, παίρνει τώρα την εκδίκησή του: μετράει διασπάσεις προς μιόνια λιγότερες απ’ ό,τι προς ηλεκτρόνια! Η εν λόγω απόκλιση από τα θεωρητικώς προβλεπόμενα είναι γνωστή εδώ και δυο χρόνια, αλλά όλοι κουνούσαν συγκαταβατικά το κεφάλι, χαμογελούσαν και περίμεναν να τη δουν να εξαφανιζεται, καθώς ο όγκος των δεδομένων προς ανάλυση θα αυξανόταν.

Στις 23 Μαρτίου, όμως, το LHCb επανήλθε, σαν τον καλό μέρμηγκα, αναλύοντας διπλάσιο όγκο δεδομένων, και βρήκε ότι τα Β-μεσόνια εξακολουθούν να φτύνουν λιγότερα μιόνια απ’ ό,τι θα έπρεπε. Αν αυτό είναι πραγματικότητα, και όχι κάποιου είδους συστηματικό σφάλμα στις μετρήσεις (και υπάρχουν πολλά πιθανά, αλλά χιλιοδιπλοτσεκαρισμένα), πρόκειται για βόμβα στα θεμέλια του Καθιερωμένου Μοντέλου. Οι διασπάσεις αυτές διαμεσολαβούνται από την ηλεκτρασθενή δύναμη, που υποτίθεται ότι δεν κάνει διακρίσεις μεταξύ ηλεκτρονίων και μιονίων. Σημαίνει λοιπόν σίγουρα καινούρια σωματίδια, καινούρια μοντέλα, μια υπέροχη κατάσταση.

Εννοείται, φυσικά, οτι υπάρχουν τόσα μοντέλα που εξηγούν το φαινόμενο (και μόνο αυτό) όσα και ειδικοί στην κατασκευή νέων μοντέλων. Λεπτοκουάρκς, περισσότερα του ενός μποζόνια Χιγκς, ό,τι εξωτικό τραβάει η ψυχή του καθενός. Το πρόβλημα είναι ότι τα περισσότερα από αυτά προβλέπουν σωματίδια που θα είχαν ήδη ανακαλυφθεί σε υψηλότερες ενέργειες. Καλούνται λοιπόν οι θεωρητικές αυτές κατασκευές να εξηγήσουν την ανώμαλη συμπεριφορά των Β-μεσονίων και ταυτόχρονα την απόλυτη απουσία οποιασδήποτε άλλης ένδειξης σε ολόκληρο το ερευνητικό πρόγραμμα του LHC. Δύσκολο εγχείρημα, αλλά γίνεται, με κόστος βέβαια ότι τα εν λόγω μοντέλα δεν διακρίνονται για την απλότητα ή την φυσικότητά τους. Ο αγώνας δρόμου για να καταλογογραφηθεί κάθε άλλη πιθανή επίδραση των υποθετικών σωματιδίων καθενός απ’αυτά τα μοντέλα, σε οτιδήποτε μετριέται στο LHC, έχει ήδη ξεκινήσει, με καθημερινές δημοσιεύσεις. Πότε θα είμαστε σίγουροι ότι κάτι καινούριο ανατέλλει στον κόσμο των στοιχειωδών σωματίδίων; Σίγουρα όχι πριν το τέλος της επόμενης σειράς πειραμάτων, στα τέλη του 2024.

Είναι οι διασπάσεις Β-μεσονίων η μόνη απόκλιση από τα προβλεπόμενα; Όχι, υπάρχει κι άλλη μια, χρόνια απόκλιση: ο γυρομαγνητικός λόγος των μιονίων, που μετριέται ξανά στο κέντρο σωματιδιακής φυσικής του Σικάγο, το Fermilab. Η ανακοίνωση των αποτελεσμάτων έγινε την Τετάρτη που μας πέρασε, ελέω πανδημίας, σε ένα σεμινάριο μέσω Zoom με το μέγιστο των 5000 συνδέσεων να εξαντλείται και τους υπόλοιπους ενδιαφερόμενους να παρακολουθούν μέσω Youtube. Κόντρα στις προσδοκίες των συντηρητικών, το Fermilab επιβεβαιώνει την απόκλιση από τα προβλεπόμενα και στο γυρομαγνητικό λόγο των μιονίων. Εφόσον εμπιστευόμαστε το αποτέλεσμα, και, κυρίως, σε αυτή την περίπτωση, την ακρίβεια των θεωρητικών προβλέψεων, η μόνη εξήγηση που απομένει είναι η παρουσία νέων εξωτικών σωματιδίων. Τα μοντέλα που εξηγούν και τις δύο πια αποκλίσεις αφθονούν, ορισμένα από αυτά έχουν και σωματίδια υποψήφια για το ρόλο της σκοτεινής ύλης, του άλλου μεγάλου ερωτηματικού στη σκιά του οποίου ζεί κάθε καινούργια θεωρία. Είναι πολύ νωρίς ακόμα για πανηγυρισμούς. Αλλά η αδρεναλίνη ανεβαίνει.

kosmodromio.gr/

Σχόλια (0)

Το email σας δεν θα δημοσιευθεί.