„Naši rezultati iz CERN-а nagoveštavaju NEOTKRIVENU FIZIKU“

„Nedavna istraživanja koja sprovodimo na Velikom hadronskom sudaraču (LHC) u Evropskoj organizaciji za nuklearna istraživanja (CERN) u Ženevi sugerišu da smo možda sve bliže znacima neotkrivene fizike. Ako budu potvrđeni, ovi nagoveštaji bi mogli da obore teoriju poznatu kao standardni model, koja dominira fizikom čestica već 50 godina. Nalazi ukazuju na to da se određene subatomske čestice u LHC-u ponašaju na način koji nije u skladu sa standardnim modelom,“ napisali su Vilijam Barter sa Univerziteta u Edinburgu i Mark Smit sa Imperijalnog koledža u Londonu u tekstu za The Conversation, koji prenosimo u celosti.

„Fundamentalne čestice su najosnovniji gradivni blokovi materije, subatomske čestice koje se ne mogu podeliti na manje jedinice. Četiri fundamentalne sile – gravitacija, elektromagnetizam, slaba sila i jaka sila – upravljaju interakcijama između ovih čestica.

LHC je džinovski akcelerator čestica izgrađen u kružnom tunelu dugačkom 27 kilometara ispod francusko-švajcarske granice. Njegova glavna svrha je pronalaženje pukotina u standardnom modelu.

Ova teorija predstavlja naše najbolje razumevanje fundamentalnih čestica i sila, ali znamo da ona ne može biti potpuna. Ona ne objašnjava ni gravitaciju ni tamnu materiju – nevidljivu, do sada neizmirenu vrstu materije koja čini približno 25% univerzuma.

U LHC-u se snopovi protona koji se kreću u suprotnim smerovima sudaraju u pokušaju da se otkriju tragovi neotkrivene fizike. Novi rezultati dolaze iz LHCb-a, eksperimenta na Velikom hadronskom sudaraču gde se ovi sudari analiziraju.

Rezultat proističe iz proučavanja raspada – svojevrsne transformacije – subatomskih čestica zvanih B-mezoni. Istraživali smo kako se ovi B-mezoni raspadaju na druge čestice, otkrivši da se specifičan način na koji se to dešava ne slaže sa predviđanjima standardnog modela.

Standardni model je izgrađen na dva najznačajnija napretka u fizici 20. veka: kvantnoj mehanici i Ajnštajnovoj specijalnoj teoriji relativnosti.

Fizičari mogu da uporede merenja izvršena u postrojenjima kao što je LHC sa predviđanjima zasnovanim na standardnom modelu kako bi rigorozno testirali teoriju.

Uprkos činjenici da znamo da je standardni model nepotpun, u više od 50 godina sve rigoroznijih testiranja, fizičari čestica još nisu pronašli pukotinu u teoriji. To je, potencijalno, bio slučaj sve do sada.

Naše merenje, prihvaćeno za objavljivanje u žurnalu Physical Review Letters, pokazuje odstupanje od četiri standardne devijacije u odnosu na očekivanja standardnog modela.

U realnim okvirima, to znači da, nakon razmatranja nesigurnosti eksperimentalnih rezultata i teorijskih predviđanja, postoji samo šansa od 1 prema 16.000 da bi se dogodila tako ekstremna nasumična fluktuacija podataka ako je standardni model ispravan.

Iako ovo ne dostiže zlatni standard nauke – poznat kao pet sigma, ili pet standardnih devijacija (šansa od oko 1 prema 1,7 miliona) – dokazi počinju da se gomilaju. Ovoj uverljivoj priči doprinose i rezultati nezavisnog LHC eksperimenta, CMS, koji su objavljeni 2025. godine.

Iako rezultati CMS-a nisu precizni kao oni sa LHCb-a, oni se dobro slažu, što osnažuje čitav slučaj. Naši novi rezultati pronađeni su u studiji specifične vrste procesa poznatog kao elektroslabi „pingvin“ raspad.

Termin „pingvin“ odnosi se na specifičan tip raspada (transformacije) kratkoživećih čestica. U ovom slučaju proučavamo kako se B-mezon raspada na četiri druge subatomske čestice – kaon, pion i dva miona.

Uz malo mašte, raspored čestica uključenih u proces može se vizuelizovati tako da podseća na pingvina. Ključno je to što nam merenja ovog raspada omogućavaju da proučavamo kako se jedan tip fundamentalne čestice, dubinski kvark (kvark lepote), može transformisati u drugi, strani kvark.

Ovaj pingvin raspad je neverovatno redak u standardnom modelu: na svakih milion B-mezona, samo jedan će se raspasti na ovaj način. Pažljivo smo analizirali uglove i energije pod kojima ove čestice nastaju u raspadu i precizno odredili koliko često se taj proces dešava. Utvrdili smo da se naša merenja ovih vrednosti ne slažu sa predviđanjima standardnog modela.

Precizna ispitivanja ovakvih raspada jedan su od primarnih ciljeva LHCb eksperimenta još od njegovog osnivanja 1994. godine. Pingvin procesi su jedinstveno osetljivi na efekte potencijalno veoma teških novih čestica koje se ne mogu direktno stvoriti u LHC-u.

Takve čestice i dalje mogu imati merljiv uticaj na ove raspade u poređenju sa malim doprinosom standardnog modela. Ova vrsta indirektnog posmatranja nije nova. Na primer, radioaktivnost je otkrivena 80 godina pre nego što su fundamentalne čestice odgovorne za nju (W bozoni) direktno viđene.

Naše studije retkih procesa omogućavaju nam da istražimo delove prirode koji bi inače postali dostupni tek pomoću sudarača čestica planiranih za 2070-te godine. Postoji širok spektar potencijalnih novih teorija koje mogu objasniti naše nalaze. Mnoge sadrže nove čestice zvane leptokvarkovi koji ujedinjuju dva različita tipa materije: leptone i kvarkove.

Druge potencijalne teorije sadrže čestice koje su teži analozi onih koje su već pronađene u standardnom modelu. Novi rezultati ograničavaju oblik ovih modela i usmeravaće buduće potrage za njima.

Uprkos našem uzbuđenju, ostaju otvorena teorijska pitanja koja nas sprečavaju da definitivno tvrdimo da je primećena fizika van standardnog modela. Najozbiljnije pitanje proizilazi iz takozvanih „šarmantnih pingvina“, skupa procesa prisutnih u standardnom modelu čije je doprinose izuzetno teško predvideti. Nedavne procene ovih šarmantnih pingvina sugerišu da njihovi efekti nisu dovoljno veliki da objasne naše podatke.

Štaviše, kombinacija teorijskog modela i eksperimentalnih podataka sa LHCb-a sugeriše da šarmantni pingvini (a samim tim i standardni model) s mukom pokušavaju da objasne anomalne rezultate.

Novi podaci koji su već prikupljeni omogućiće nam da potvrdimo situaciju u narednim godinama: u našem sadašnjem radu proučili smo približno 650 milijardi raspada B-mezona zabeleženih između 2011. i 2018. godine kako bismo pronašli ove pingvin raspade. Od tada je LHCb eksperiment zabeležio tri puta više B-mezona.

Dalji napredak planiran je za 2030-te godine kako bi se iskoristile buduće nadogradnje LHC-a i prikupio skup podataka koji je još 15 puta veći. Ovaj poslednji korak omogućiće donošenje definitivnih zaključaka, potencijalno otključavajući novo razumevanje toga kako univerzum funkcioniše na najelementarnijem nivou.“

(Telegraf Nauka / The Conversation)