Светът на мъничкото, квантовото царство, може да има любим аромат.
Не говорим за itty-bitty конуси за сладолед, разбира се. Светът на частиците е разделен на три лагера, наречени „аромати“ (не питай защо). Например, електроните представляват един аромат и има две други частици с почти идентични свойства, мюон и тау, които имат свои собствени аромати. Отдавна подозираме - но не е доказано - че и трите вкуса трябва да са равнопоставени.
Но, уви, годините експерименти с коли, започват да подсказват, че може би не всичко е равномерно.
Резултатите от тези експерименти са все още ориентировъчни и не са достатъчно значими, за да твърдят твърдото откриване на пукнатина в библията на физиката на частиците, наречена Стандартен модел. Ако резултатите се задържат, това може да отвори вратата за разбиране на всичко - от тъмната материя до произхода на Вселената. Знаете ли, големи нерешени проблеми в съвременната физика.
Стандартни аромати
Стандартният модел на физиката на частиците царува върховно и успешно преминава през нощта тестове от експерименти по целия свят в продължение на десетилетия. Тази теория обединява нашето разбиране за три от четирите основни сили на Вселената - електромагнетизъм, силна ядрена и слаба ядрена - под единно квантово знаме. Всичко казано, това е най-добре изпитаната теория в цялата наука, способна да обясни огромен набор от фундаментални взаимодействия.
С други думи, просто не се забърквате със стандартния модел.
И все пак знаем, че тази картина на субатомния свят далеч не е съвършена. Само да посочим няколко примера, това не обяснява неутриновите маси или ни дава представа за тъмната материя. По-голямата част от физиците смятат, че съществува друга, засега неизвестна теория, която обхваща всичко, което Стандартният модел е в състояние да обясни и нещата, които не може.
Нещото е, че не знаем как изглежда тази теория или какви прогнози може да направи. Така че не само не знаем пълните отговори на живота, Вселената и всичко между тях, ние също не знаем как да получим тези отговори.
За да намерят намеци за „По-добра теория“, изследователите търсят всякакви несъвършенства или фалшиви прогнози на Стандартния модел - пукнатина в тази теория може би би отворила вратата към нещо по-голямо.
Едно от многото прогнози на Стандартния модел се отнася до природата на лептоните, които представляват малки, самотни частици като електрони или кварки. Лептоните са групирани в три класа, известни като поколения или аромати в зависимост от това кой физик питате. Частиците с различни аромати ще споделят всички едни и същи свойства, с изключение на това, че имат различни маси. Например електронът, мюонът и частицата тау имат един и същ електричен заряд и въртене, но муонът превъзхожда електрона, а тауто още повече - имат различни аромати.
Според стандартния модел тези три аромата на електрона трябва да се държат абсолютно еднакво. Фундаменталните взаимодействия трябва да произвеждат всяко от тях с еднаква вероятност; природата просто не може да определи разликата между тях, така че всъщност не предпочита един аромат над друг.
Когато става дума за трите вкуса, природата използва неаполитанския подход: всички те.
Красив резултат
Това обаче е цялата теория и затова трябва да се тества. С течение на годините различни експерименти, като тези, проведени в Големия адронен колайдер в ЦЕРН и съоръжението BaBar, при което фундаментални частици се разбиват при масивни сблъсъци. Получените частици, получени от тези сблъсъци, биха могли да предоставят улики за това как природата работи на най-дълбоките нива. И някои от тези сблъсъци са създадени, за да видят дали природата харесва един аромат на лептон пред останалите.
По-специално един вид частици, наречен дънен кварк, наистина се радва на разпадане в лептони. Понякога се превръща в електрон. Понякога мюон. Понякога тау. Но независимо от всичко, и трите аромата имат равен шанс да излязат от останките.
Физиците успяха да натрупат стотици милиони такива разлагания на дънни кварки и като започнаха преди няколко години в данните се появи нещо странно: Природата изглежда предпочиташе тау частиците в тези взаимодействия малко повече от другите лептони. Това обаче едва ли беше статистически значимо, така че беше лесно да се махат тези резултати като просто статистическа грешка; може би просто не бяхме изпълнили достатъчно сблъсъци, за да изравним всичко.
Но с напредването на годините резултатът се е задържал, както изтъква физикът Антонио Пих от университета във Валенсия в Испания в преглед на това изследване, публикувано в базата данни за предпечат arXiv през ноември. Природата изглежда доста упорита, когато става дума за очевидния фаворизъм на частицата тау. Резултатът все още не е категоричен, но постоянството му през годините и в различни експерименти се превърна в истинска драскачка по главата.
Не толкова стандартен модел
В стандартния модел различните аромати на лептоните получават своя ... добре, аромат ... чрез взаимодействието си с Хигс бозона: Колкото повече аромат взаимодейства с Хигс, толкова по-голяма е неговата маса. Но в противен случай природата не прави разлика между тях, оттук и прогнозата, че всички аромати трябва да се появяват еднакво във всички взаимодействия.
Но ако тези т. Нар. „Ароматни аномалии“ наистина са истинска особеност на нашата вселена, а не са просто някакви грешки в събирането на данни, тогава ни е необходим някакъв начин да обясним защо природата трябва да се интересува повече от тау частиците, отколкото от електрон или мюон. Една от възможностите е, че може да има повече от един вид Хигс бозон, който лети наоколо - един, който да осигури масите на електрон и мюон, и друг, който е особено любим на тау, позволявайки му да изскача от взаимодействията по-често.
Друга възможност е, че има допълнителни частици, които говорят с тау - частици, които още не сме виждали в експерименти. Или може би има някаква фундаментална симетрия на природата, която се разкрива само чрез шепота на лептоновите реакции - с други думи, някаква нова сила на природата, която се появява само в тези неясни, редки взаимодействия.
Докато не направим доказателствата (в момента, статистическата значимост на тази разлика е около 3-сигма, което представлява 99,3% вероятност този резултат да е просто флук, докато "златният стандарт" за физиката на частиците е 5-сигма, т.е. или 99,97%), не можем да знаем със сигурност. Но ако доказателствата се затегнат, потенциално бихме могли да използваме това ново прозрение, за да намерим нова физика извън стандартния модел, като отворим възможността да обясним понастоящем необяснимото, като например физиката на много ранната вселена или каквото става по дяволите с тъмна материя.
