Σωματιδιακή φυσική

Μετρήσεις στον επιταχυντή LHC ίσως υπονοούν μια εντελώς νέα φυσική, αλλά απαιτούνται και νέα πειράματα

Written by Δ.Μ.

Από τα μέσα έως τα τέλη του 20ου αιώνα, οι κβαντικοί φυσικοί πορεύτηκαν χώρια από την ενοποιημένη θεωρία της φυσικής, όπως προσφέρθηκε από τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Η φυσική της μεγάλης κλίμακας εξουσιαζόταν από τη βαρύτητα, αλλά μόνο η κβαντική φυσική θα μπορούσε να περιγράψει τις παρατηρήσεις της μικρής κλίμακας.

Share

Από τα μέσα έως τα τέλη του 20ου αιώνα, οι κβαντικοί φυσικοί πορεύτηκαν χώρια από την ενοποιημένη θεωρία της φυσικής, όπως προσφέρθηκε από τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Η φυσική της μεγάλης κλίμακας εξουσιαζόταν από τη βαρύτητα, αλλά μόνο η κβαντική φυσική θα μπορούσε να περιγράψει τις παρατηρήσεις της μικρής κλίμακας.

CERN-LHC-data_1024

Από τότε, αναπτύχθηκε ένας θεωρητικός πόλεμος μεταξύ της βαρύτητας και των άλλων τριών θεμελιωδών δυνάμεων, καθώς φυσικοί προσπάθησαν να δουν ως κυρίαρχη τη βαρύτητα ή την κβαντική φυσική, για να υποτάξουν την μία στην άλλη ως πιο θεμελιώδη.

Πρόσφατες μετρήσεις στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων δείχνουν μια διαφορά σε σχέση με τις προβλέψεις του καθιερωμένου μοντέλου, που μπορεί να υπαινίσσεται εντελώς νέες περιοχές του σύμπαντος, που διέπουν αυτό που περιγράφεται από την κβαντική φυσική.

Παρά το γεγονός ότι απαιτούνται κι άλλες δοκιμές για να επιβεβαιώσουν αυτές τις ανωμαλίες, μια επιβεβαίωση θα σήμαινε ένα σημείο καμπής στην πιο θεμελιώδη περιγραφή μας της σωματιδιακής φυσικής μέχρι σήμερα.

Οι κβαντικοί φυσικοί βρήκαν σε μια πρόσφατη μελέτη ότι μεσόνια δεν διασπώνται στα σωματίδια καόνια και μιόνια αρκετά συχνά, σύμφωνα με τις προβλέψεις περί συχνότητας του καθιερωμένου μοντέλου.

Οι συγγραφείς συμφωνούν ότι η ενίσχυση της ισχύος του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) θα αποκαλύψει ένα νέο είδος σωματιδίου υπεύθυνο για αυτή την διαφορά. Παρά το γεγονός για την ύπαρξη σφαλμάτων στα δεδομένα ή την θεωρία, που μπορεί να προκάλεσαν αυτή τη διαφορά, αντί για ένα νέο σωματίδιο, ένας βελτιωμένος επιταχυντής LHC  θα μπορούσε να αποδειχθεί οφέλιμος για διάφορα πρότζεκτ στην αιχμή της φυσικής.

Το Καθιερωμένο Μοντέλο

Το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι μια καλά εδραιωμένη βασική θεωρία της κβαντικής φυσικής που περιγράφει τρεις από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις που πιστεύεται ότι κυβερνούν τη φυσική μας πραγματικότητα.

Τα κβαντικά σωματίδια έρχονται σε δύο βασικούς τύπους, τα κουάρκ και τα λεπτόνια. Τα κουάρκ δεσμεύονται μαζί σε διαφορετικούς συνδυασμούς για την κατασκευή σωματιδίων, όπως είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Είμαστε φυσικά εξοικειωμένοι με τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια επειδή είναι τα δομικά στοιχεία των ατόμων.

Η «οικογένεια λεπτονίων» διαθέτει βαρύτερες εκδόσεις του ηλεκτρονίου – όπως είναι το μιόνιο – και τα κουάρκ μπορεί να συνενώνονται σε εκατοντάδες άλλα σύνθετα σωματίδια. Δύο από αυτά, το πυθμένιο (Bottom) και τα μεσόνια καόνια, ήταν οι ένοχοι σε αυτό το κβαντικό μυστήριο. Το μεσόνιο πυθμένιο (Β) διασπάται σε ένα μεσόνιο καόνιο (Κ), που συνοδεύεται από ένα μιόνιο (μ-) και ένα αντι-μιόνιο (mu +)

Η ανωμαλία

Οι φυσικοί βρήκαν μια διακύμανση 2,5 σίγμα, ή πιθανότητα 1 προς 80 . Αυτό σημαίνει ότι η συχνότητα των μεσονίων που διασπώνται σε παράξενα κουάρκ κατά τη διάρκεια των πειραμάτων συγκρούσεων πρωτονίου στο LHC, έπεσε λίγο κάτω από την αναμενόμενη συχνότητα.

Η τιμή 2.5 σίγμα [ή η τυπική απόκλιση από τον κανονικό ρυθμό διάσπασης], είτε τα δεδομένα είναι λάθος κατά ένα μικρό ποσοστό, είτε η θεωρία είναι λίγο λάθος, ή είναι μια υπόδειξη ότι υπάρχει κάτι πέρα ​​από το καθιερωμένο μοντέλο. Μάλλον όμως ότι ένα από τα δύο πρώτα είναι το σωστό.

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share