Rezultatele „îmbucurătoare” din 2 experimente sfidează regulile fizicii

Rezultatele preliminare din două experimente sugerează că ceva ar putea fi în neregulă cu modul în care fizicienii cred că funcționează universul, o perspectivă care a descurcat și a excitat câmpul fizicii particulelor.

Particulele minuscule numite muoni nu prea fac ceea ce se așteaptă de la ele în două experimente diferite de lungă durată din Statele Unite și Europa. Rezultatele nedumeritoare – dacă s-au dovedit corecte – dezvăluie probleme majore pe care fizicienii le folosesc pentru a descrie și a înțelege cum funcționează universul la nivel subatomic.

„Credem că am putea înota tot timpul într-o mare de particule de fund care nu au fost descoperite direct”, a declarat Chris Polly, om de știință șef al experimentului Fermilab, în ​​timpul unei conferințe de presă. „S-ar putea să existe monștri pe care nu i-am imaginat încă, care să iasă din vidul care interacționează cu muonii noștri și care ne oferă o fereastră pentru a le vedea.

Regula, numită Model standard, a fost dezvoltat acum aproximativ 50 de ani. Experimentele de-a lungul deceniilor au confirmat în repetate rânduri că descrierile sale despre particulele și forțele care alcătuiesc și guvernează universul sunt pe drumul cel bun. Pana acum.

„Particule noi, fizică nouă ar putea fi chiar dincolo de cercetările noastre”, a spus Alexey Petrov, fizician de particule la Wayne State University. – Este ispititor.

Laboratorul închis al Departamentului Energiei al Statelor Unite a anunțat miercuri rezultatele a 8,2 miliarde de trasee de-a lungul unei piste în afara orașului Chicago, deși majoritatea oamenilor se agită fizicienii: muonii cu câmpuri magnetice nu par a fi ceea ce ar trebui să fie modelul standard. Asta urmează rezultate noi publicat luna trecută de Centrul European de Cercetări Nucleare Large Hadron Collider care a găsit o proporție surprinzătoare de particule ca urmare a coliziunilor de mare viteză.

Dacă ar fi confirmate, descoperirile SUA ar fi cea mai mare descoperire din lumea ciudată a particulelor subatomice în aproape 10 ani de la descoperirea bosonului Higgs, adesea denumită „particula lui Dumnezeu”, a spus Aida El-Khadra. Illinois, care lucrează la fizică teoretică pentru experimentul Fermilab.

Scopul experimentelor, explică fizicianul teoretic David Kaplan de la Universitatea Johns Hopkins, este de a separa particulele și de a afla dacă se întâmplă „ceva amuzant” cu particulele și spațiul aparent gol dintre ele.

„Secretele nu trăiesc doar în materie. Ei trăiesc în ceva care pare să umple tot spațiul și timpul. Acestea sunt câmpuri cuantice ”, a spus Kaplan. „Punem energie în vid și vedem ce iese din ea.”

Ambele seturi de rezultate implică ciudata particulă efemeră numită muon. Muonul este vărul cel mai greu al electronului care orbitează centrul unui atom. Dar muonul nu face parte din atom, este instabil și există în mod normal doar pentru două microsecunde. După ce a fost descoperit în razele cosmice în 1936, a nedumerit oamenii de știință atât de mult încât un fizician celebru a întrebat: „Cine a comandat asta?”

„Încă de la început, fizicienii își zgâriau capul”, a spus Graziano Venanzoni, fizician experimental la un laborator național italian, care este unul dintre cei mai buni oameni de știință din experimentul american Fermilab, numit Muon g-2.

Experimentul trimite muoni în jurul unei piste magnetizate care menține particulele existente suficient de mult timp pentru ca cercetătorii să arunce o privire mai atentă. Rezultatele preliminare sugerează că „rotirea” magnetică a muonilor este cu 0,1% mai mică decât cea prevăzută de modelul standard. S-ar putea să nu sune prea mult, dar pentru fizicienii particulelor este uriaș – mai mult decât suficient pentru a răsturna înțelegerea actuală.

Cercetătorii au nevoie de un an sau doi pentru a finaliza analiza rezultatelor tuturor turei în jurul pistei de 14 metri (50 de picioare). Dacă rezultatele nu se schimbă, acestea vor fi considerate o descoperire majoră, a spus Venanzoni.

În plus, în cel mai mare întrerupător de atomi din lume la CERN, fizicienii au zdrobit protoni acolo pentru a vedea ce s-a întâmplat în continuare. Unul dintre numeroasele experimente separate la unul dintre colizorul de particule măsoară ce se întâmplă atunci când particulele numite frumusețe sau quarks de fond se ciocnesc.

Modelul standard prezice că aceste accidente de quark frumusețe ar trebui să conducă la un număr egal de electroni și muoni. Este ca și cum ai arunca o monedă de 1000 de ori și ai primi aproximativ același număr de capete și cozi, a spus Experiență mare de frumusețe de coliziune de Hadron Șeful Chris Parkes.

Dar nu asta s-a întâmplat.

Cercetătorii au analizat datele din câțiva ani și câteva mii de accidente si gasit o diferență de 15%, cu mult mai mulți electroni decât muoni, a spus cercetătorul experimental Sheldon Stone de la Universitatea Syracuse.

Niciun experiment nu este încă calificat drept descoperire oficială, deoarece există încă o mică șansă ca rezultatele să fie ciudățenii statistice. Desfășurarea experimentelor de mai multe ori – fie planificate – ar putea, într-un an sau doi, să îndeplinească cerințele statistice incredibil de stricte pentru ca fizica să o numească o descoperire, au spus cercetătorii.

Dacă rezultatele se vor menține, ele vor supăra „orice alt calcul făcut” în lumea fizicii particulelor, a spus Kaplan.

„Nu este un factor fudge. Este ceva în neregulă ”, a spus Kaplan. Acest lucru ar putea fi explicat printr-o nouă particulă sau o nouă forță.

Sau aceste rezultate pot fi erori. În 2011, o descoperire ciudată că o particulă numită neutrino părea să călătorească mai repede decât lumina a amenințat modelul, dar acest lucru sa dovedit a fi rezultatul unei probleme de conexiune electrică slabă în experiment.

„Am verificat toate conexiunile noastre prin cablu și am făcut tot ce am putut pentru a verifica datele noastre”, a spus Stone. „Suntem destul de încrezători, dar nu știi niciodată”.

___

Scriitorul AP Jamey Keaten la Geneva a contribuit la acest raport.

___

Urmăriți-l pe Seth Borenstein pe Twitter la @borenbears.

___

Departamentul de sănătate și știință al Associated Press primește sprijin de la Departamentul de educație științifică de la Institutul Medical Howard Hughes. AP este singurul responsabil pentru tot conținutul.