Teensympinän, kvanttivaltakunnan maailmassa voisi olla suosikki maku.
Emme puhu tietysti itty-bitty jäätelökäpyistä. Hiukkasten maailma on jaettu kolmeen leiriin, joita kutsutaan "makuiksi" (älä kysy miksi). Esimerkiksi elektronit edustavat yhtä makua, ja on olemassa kaksi muuta hiukkasia, joilla on lähes identtiset ominaisuudet, muoni ja tau, joilla on omat maut. Olemme kauan epäilleet - mutta emme ole todistettu - että kaikkien kolmen aromin tulisi olla tasavertaisessa asemassa.
Mutta valitettavasti vuosien törmäyskokeilut ovat alkaneet vihjata, että ehkä kaikki ei ole tasa-arvoista.
Näiden kokeiden tulokset ovat edelleen alustavia, eivätkä riittävän merkitseviä väittääkseen vakaan havainnon halkeamisesta hiukkasfysiikan raamatussa, nimeltään Standardimalli. Kuitenkin, jos tulokset kestävät, se voisi avata portin ymmärtää kaikkea tummasta aineesta aina maailmankaikkeuden alkuperään. Tiedätkö, suuret ratkaisemattomat ongelmat nykyfysiikassa.
Vakioaromit
Hiukkasfysiikan vakiomalli hallitsee korkeintaan, siirtäen menestyksekkäästi testien teurastuksia kokeiluista ympäri maailmaa vuosikymmenien ajan. Tämä teoria yhdistää ymmärryksemme kolmesta maailmankaikkeuden neljästä perusvoimasta - sähkömagneettisesta, voimakkaasta ytimestä ja heikosta ytimestä - yhdessä kvanttinauhassa. Kaiken kaikkiaan se on tutkimuksen parhaiten testattu teoria koko tieteessä, joka pystyy selittämään suuren määrän perustavanlaatuisia vuorovaikutuksia.
Toisin sanoen, et vain sekoita normaalimalliin.
Ja silti, tiedämme, että tämä kuva subatomisesta maailmasta ei ole kaukana täydellisestä. Muutaman esimerkin nimeämiseksi se ei selitä neutriinomassoja tai anna meille vihjeitä pimeästä aineesta. Valtaosa fyysikoista uskoo, että on olemassa toinen, toistaiseksi tuntematon teoria, joka kattaa kaiken, mitä standardimalli pystyy selittämään, ja asiat, joita se ei osaa.
Särkyvä asia on, että emme tiedä miltä tuo teoria näyttää tai mitä ennusteita se voi tehdä. Joten emmekä vain tiedä täydellisiä vastauksia elämään, maailmankaikkeuteen ja kaikkeen niiden välille, emme myöskään tiedä kuinka saada nämä vastaukset.
Löytääksesi vinkkejä paremmasta teoriasta, tutkijat etsivät standardimallin puutteita tai vääriä ennusteita - tuon teorian halkeama saattaa ehkä avata oven jotain suurempaa.
Yksi standardimallin monista ennusteista koskee leptonien luonnetta, jotka ovat pieniä, yksinäisiä hiukkasia, kuten elektroneja tai kvarkeja. Leptonit on ryhmitelty kolmeen luokkaan, jotka tunnetaan nimellä sukupolvet tai makuja riippuen siitä mitä fyysikkoa kysyt. Hiukkasilla, joilla on eri maku, on kaikki samat ominaisuudet paitsi, että niillä on erilaiset massat. Esimerkiksi elektronilla, muonilla ja tau-hiukkasella on kaikilla sama sähkövaraus ja kehruu, mutta muoni ylittää elektronin, ja tau vielä enemmän - niillä on erilaiset maut.
Standardimallin mukaan näiden kolmen elektronin maun tulisi toimia täsmälleen samalla tavalla. Perusteellisten vuorovaikutusten tulisi tuottaa jokainen näistä yhtä todennäköisesti; luonto ei yksinkertaisesti osaa kertoa eroa niiden välillä, joten se ei todellakaan suosii yhtä makua toiseen.
Kun kyse on kolmesta mausta, luonto suhtautuu napolilaiseen lähestymistapaan: ne kaikki.
Kaunis tulos
Se on kuitenkin kaikki teoria, ja siksi se tulisi testata. Vuosien mittaan on tehty useita kokeita, kuten CERN: n Suuren hadronin törmäyksessä ja BaBar-laitoksessa tehdyt kokeet, joissa perushiukkaset murskataan massiivisissa törmäyksissä. Tuloksena syntyneet hiukkaset, jotka syntyivät näistä törmäyksistä, voisivat antaa vihjeitä siitä, miten luonto toimii syvimmillä tasoilla. Ja jotkut näistä törmäyksistä on suunniteltu selvittämään, pitäisikö luonto yhtä leptonin makua kuin muut.
Erityisesti yhden tyyppinen hiukkas, jota kutsutaan pohjakvarkeksi, nauttii todella hajoamisesta leptoneiksi. Joskus siitä tulee elektronia. Joskus kuono. Joskus tau. Mutta ei väliä mitä, kaikilla kolmella maulla on yhtä hyvät mahdollisuudet nousta hylkystä.
Fyysikot ovat onnistuneet keräämään satoja miljoonia sellaisia pohjan kvarkin rappeutumisia, ja muutama vuosi sitten tietoihin ilmestyi jotain outoa: Luonto näytti suosivan tau-partikkeleita näissä vuorovaikutuksissa hieman enemmän kuin muut leptonit. Se oli kuitenkin tuskin tilastollisesti merkitsevä, joten oli helppo hävittää nämä tulokset pelkkänä tilastollisena flukena; Ehkä emme vain olleet juuttaneet tarpeeksi törmäyksiä kaiken tasoittamiseksi.
Mutta vuosien mittaan tulos on juuttunut, kuten fyysikko Antonio Pich, Valencian yliopistosta Espanjassa, huomauttaa tutkimuksessa, joka julkaistiin arXiv-tietokannassa marraskuussa. Luonto näyttää melko itsepäiseltä, kun on kyse tau-partikkelin näennäisestä suosimisesta. Tulos ei vieläkään ole vakuuttava, mutta sen pysyvyys vuosien varrella ja eri kokeissa on antanut todellisen päänraapitsimen.
Ei niin vakio malli
Vakiomallissa leptonien eri maut saavat… hyvin, maunsa… vuorovaikutuksessaan Higgsin bosonin kanssa: Mitä enemmän maku vuorovaikuttaa Higginin kanssa, sitä suurempi sen massa on. Mutta muuten luonto ei erota toisistaan, joten ennuste, että kaikkien aromien tulisi näkyä tasaisesti kaikissa vuorovaikutuksissa.
Mutta jos nämä niin sanotut "makuhäiriöt" ovat todellakin maailmankaikkeuden todellinen piirre eikä vain joitain virheitä tiedonkeruussa, niin tarvitsemme jonkin verran tapaa selittää, miksi luonnon tulisi välittää enemmän tau-hiukkasista kuin elektronista tai kuonista. Yksi mahdollisuus on, että ympäri voi lentää useampaa kuin yhtä Higgs-bosonin tyyppiä - yksi elektronin ja kuponin massojen aikaansaamiseksi, ja toinen on erityisesti tau: n rakastama, jolloin se voi poistua vuorovaikutuksesta useammin.
Toinen mahdollisuus on, että on olemassa ylimääräisiä hiukkasia, jotka puhuvat tau - hiukkasten kanssa, joita emme ole vielä nähneet kokeissa. Tai ehkä on olemassa jokin perustavanlaatuinen luonnon symmetria, joka paljastuu vain leptonreaktioiden kuiskausten kautta - toisin sanoen, jokin uusi luonnon voima, joka ilmenee vain näissä hämärtyvissä, harvinaisissa vuorovaikutuksissa.
Ennen kuin teemme todisteita (tällä hetkellä tämän eron tilastollinen merkitsevyys on noin 3-sigma, joka edustaa 99,3%: n todennäköisyyttä, että tämä tulos on vain fluke, kun taas hiukkasfysiikan "kultastandardi" on 5-sigma, tai 99,97%), emme voi tietää varmasti. Mutta jos todisteet tiukentuvat, voimme potentiaalisesti käyttää tätä uutta näkemystä löytääksemme uuden fysiikan standardimallin ulkopuolelle, avaamalla mahdollisuuden selittää tällä hetkellä selittämätöntä, kuten hyvin varhaisen maailmankaikkeuden fysiikka tai mikä tahansa helvetti tapahtuu. tumman aineen kanssa.
