Tanda-tanda "fizik baru" muncul dalam dua eksperimen utama. Tevatron Hadron Collider merakam zarah-zarah di mana tidak seharusnya, dan percubaan ruang PAMELA menemui jejak peluruhan zarah-zarah bahan gelap. Kedua-dua fakta itu sesuai dengan teori bahawa wujudnya "kekuatan gelap"
Sementara Large Hadron Collider (LHC) sedang bersiap untuk pembaikan setelah kemalangan besar September, Tevatron Amerika, yang bertahan beberapa bulan terakhir sebagai pemecut paling kuat di planet ini, telah memberikan kejutan yang tidak dijangka kepada ahli fizik. Akhir minggu lalu, kolaborator CDF yang mengusahakan pengesan zarah Tevatron gergasi dengan nama yang sama menerbitkan pra cetak yang menggambarkan sesuatu yang melampaui model piawai asas zarah yang hampir suci bagi ahli fizik.
Sekiranya isyarat ini ternyata bukan sebilangan besar kesan latar belakang, penemuan ini akan menjadi bukti dunia pertama mengenai keterbatasan model standard.
Terestrial dalam arti bahawa ahli astrofizik telah lama mengetahui bahan gelap dan tenaga gelap, yang juga tidak sesuai dengan Model Piawai. Benar, praktikalnya tidak ada yang diketahui mengenai sifat zarah yang membentuk bahan gelap.
Tevatron dan muon tambahan
Dengan pengesan CDF, ahli fizik mengkaji zarah-zarah yang dihasilkan oleh perlanggaran proton - zarah bermuatan positif yang membentuk semua inti atom, dan antiproton - antipode bermuatan negatif mereka. Dalam pemecut Tevatron, seperti namanya, zarah-zarah ini dipercepat ke tenaga hampir 1 TeV, atau 1000 GeV - seribu bilion elektron-volt, dan dengan itu, tenaga perlanggaran hampir 2000 GeV, yang memungkinkan untuk menghasilkan pelbagai, bahkan sangat besar zarah unsur.
Walau bagaimanapun, tidak mustahil untuk memperbaiki kewujudan sebahagian besar zarah-zarah yang menarik. Sebagai peraturan, mereka tidak stabil dan berubah menjadi beberapa zarah yang lebih ringan dalam sepersekian detik. Ini adalah sifat produk pembusukan yang diukur oleh pengesan, dan ahli fizik kemudian, sesuai dengan metafora yang terkenal, "cuba kembalikan struktur jam, memeriksa serpihan gigi jam yang bertabrakan pada kecepatan dekat cahaya."
Salah satu "gear" yang paling popular seperti ini adalah muon. Dari segi sifatnya, muon sangat mirip dengan elektron biasa yang mengorbit inti atom. Walau bagaimanapun, muon jauh lebih besar, dan oleh itu mempunyai nilai khusus bagi ahli fizik eksperimen. Pertama, lebih sukar untuk "menyesatkan" mereka ketika mereka bertemu dengan proton dan elektron pengesan, dan kedua, dalam perlanggaran itu sendiri, mereka dilahirkan kurang, dan lebih mudah untuk melepaskan jejak mereka dalam pengesan daripada lintasan banyak elektron yang terjerat.
Salah satu zarah yang telah dipelajari secara aktif menggunakan muon adalah apa yang disebut B-meson, yang merangkumi b-quark (atau antiquark) berat.
Dan di sini muon telah lama memimpin para eksperimen dengan hidung.
Teori struktur dan interaksi kuark - kromodinamik kuantum - membolehkan anda mengira kebarangkalian penghasilan B-meson dan penyertaannya dalam pelbagai interaksi. Oleh itu, adalah mungkin untuk menganggarkan bilangan muon yang akan lahir semasa kerosakan zarah-zarah ini. Namun, dalam eksperimen tersebut, lebih banyak muon dihasilkan daripada yang dirancang. Lebih-lebih lagi, kaedah lain untuk mengukur sifat-sifat B-meson menunjukkan hasil yang lebih sesuai dan lebih baik dengan teori. Oleh itu, para eksperimen mempunyai semakin kurang alasan untuk menuduh ahli teori tidak tahu bagaimana mengira (dan pengiraan dalam kromodinamik kuantum sangat sukar).
Sebab perbezaan ini tetap menjadi misteri untuk masa yang lama, sehingga para saintis mengetahui bahawa sebilangan muon, yang telah lama diambil oleh ahli fizik untuk produk peluruhan B-meson, sebenarnya tidak ada kaitan dengan mereka. Faktanya adalah bahawa B-meson hidup dalam waktu yang sangat singkat dan, setelah dilahirkan dalam pertembungan proton dan antiproton, berjaya terbang dari paksi tiub vakum, di mana perlanggaran berlaku, hanya dengan 1-2 mm. Di sini ia merosot menjadi muon. Ketika para saintis mengetahui di mana muon yang dikesan oleh pengesan mereka, masalah B-meson diselesaikan: ternyata, beberapa dari mereka muncul jauh dari sumbu, dan sumbangan "muon ekstra" ini untuk hasil akhir menjelaskan dengan tepat perbezaan antara teori.
Tetapi dari mana muon "ekstra" itu berasal?
Sebahagian daripadanya berasal dari 3 mm dari paksi, pada lima, dan pada tujuh; ada yang betul-betul berada di luar tiub vakum, yang benar-benar tidak masuk ke pintu gerbang mana pun.
"Sensasi" fizikal yang baru lahir dihubungkan dengan zarah-zarah ini. Perkataan ini, jarang bagi ilmu pengetahuan yang terhormat, sebenarnya menggambarkan kegembiraan ahli teori dan eksperimen dengan cara yang terbaik. Perbincangan mengenai realiti isyarat yang dijumpai oleh kolaborasi CDF sudah berlangsung di blog profesional ahli fizik, dan di laman web preprint elektronik di Cornell University untuk hari ketiga berturut-turut, semakin banyak penjelasan teori untuk apa yang mereka lihat muncul.
Zarah baru?
Pada prinsipnya, ada banyak alasan untuk munculnya perkara yang tidak perlu, atau, seperti yang dikatakan oleh ahli fizik, zarah "latar belakang", dan sebahagian besar artikel mengenai kolaborasi CDF dikhaskan untuk analisis kemungkinan sebab untuk munculnya isyarat yang tidak menarik bagi "fizik baru" di luar standard model. Mungkin kita tidak mengambil kira beberapa zarah lain dari mana muon dilahirkan - misalnya, sinar kosmik, atau mungkin kita mengambil produk peluruhan partikel lain yang lahir di Tevatron untuk muon? Akhirnya, mungkin isyarat dalam pengesan itu sendiri, yang kita ambil untuk jejak muon, tidak seperti itu - bunyi bising, turun naik statistik, artifak kaedah marah pemprosesan matematik hasil eksperimen?
Video promosi:
Menurut penulis karya terakhir, mereka gagal menemui penjelasan "standard".
Harus diingat bahawa hampir sepertiga dari kolaborasi - sekitar 200 dari 600 orang - menolak untuk meletakkan tanda tangan mereka pada artikel itu, yang telah menjalani "audit internal" selama hampir enam bulan. Oleh …
Semuanya kelihatan seolah-olah mereka berjaya menemui tanda-tanda kewujudan beberapa zarah baru yang hidup lebih lama daripada B-meson, dan ia tidak mempunyai tempat dalam fizik yang kita tahu. Walau bagaimanapun, para saintis masih menahan diri daripada pernyataan langsung seperti itu: pengalaman seluruh generasi ahli fizik, berulang kali meyakinkan tentang penerapan model standard terhadap fenomena yang nampaknya tidak dapat dijelaskan, membuatnya terasa. Tetapi mustahil untuk mengabaikan hampir 100 ribu peristiwa yang dirakam oleh salah satu instrumen terbaik pemecut yang paling kuat di Bumi.
Ciri-ciri muon "tambahan" sangat mengagumkan. Salah satu yang paling mencolok adalah bahawa mereka sangat sering dilahirkan dalam "pek" - bukan satu zarah pada satu masa, tetapi dua, tiga, bahkan lapan pada satu masa. Sebagai tambahan, sebagai peraturan, sejak mereka dilahirkan, mereka tidak terbang ke semua arah, tetapi dalam arah yang hampir sama - para saintis bahkan menggunakan istilah "muon jet". Dan tenaga ciri zarah yang tidak diketahui - jika ia benar-benar wujud - adalah beberapa GeV. Dengan kata lain, "fizik baru" - jika kita benar-benar mula membezakannya dalam kabut muon - bermula pada tenaga bukan pada ribuan GeV, di mana raksasa seperti LHC diarahkan, tetapi jauh lebih awal.
Dan sifat-sifat ini sangat mendekati hasil dari pemecut terestrial dengan data yang diterbitkan hanya beberapa hari sebelumnya dari pengesan antipartikel ruang PAMELA.
Pecahan Positron sebagai fungsi tenaga // Kumpulan PAMELA, arXiv.org
Hasil eksperimen PAMELA
Kenderaan penyelidikan antarabangsa PAMELA yang berada di atas satelit buatan buatan Rusia, Resurs-DK1, dengan pasti mencatatkan kelebihan positron bertenaga tinggi dalam aliran ruang bermuatan …
Menurut banyak ahli astrofizik, kelebihan positron bertenaga tinggi (antipartikel hingga elektron) pada sinar kosmik timbul akibat kerosakan atau pemusnahan zarah-zarah bahan gelap yang misterius. Ini adalah elemen fizik yang lain di luar model standard, keberadaan para astronom (dan bahkan penguasaan massa) telah lama diketahui, tetapi tidak dapat mengatakan apa-apa yang berharga: sebab itulah ia adalah perkara gelap, bahawa ia tidak dapat dilihat, dan memberikan kehadirannya hanya melalui graviti.
Kekuatan Gelap
Ternyata, kuartet ahli teori dari Princeton, Harvard dan New York sudah memiliki penjelasan mengenai hasil PAMELA, yang sangat berguna dengan data baru dari Tevatron. Menurut Nima Arkanihamed dan rakan-rakannya, dalam kerangka model supersimetri mereka, penjelasan terpadu dan semula jadi diperoleh untuk kelebihan positron yang dapat diukur dengan pasti oleh alat PAMELA, kelebihan sinar gamma yang hampir tidak dapat dilihat dari mana-mana, dan cahaya kabus pusat galaksi di gamma dan pancaran radio yang dirakam oleh satelit astrofizik lain.
Sesuai dengan model, zarah-zarah bahan gelap mempunyai jisim sekitar 1000 GeV dan tidak mengambil bahagian dalam interaksi yang kita ketahui. Walau bagaimanapun, mereka bertindak satu sama lain dengan bantuan kekuatan "gelap" jarak pendek, yang dibawa oleh zarah gelap yang lain dengan jisim sekitar 1 GeV. Dengan kata lain, untuk tiga jenis interaksi biasa, hanya bertindak pada bahan biasa (elektromagnetik dan nuklear, lemah dan kuat), satu lagi ditambahkan, hanya bertindak di dunia jirim gelap. Graviti, seperti biasa, terpisah, menghubungkan kedua-dua dunia.
Ahli teori memerlukan kekuatan "gelap" untuk mengikat zarah zat gelap menjadi sejenis "atom", di mana salah satu zarah gelap mempunyai "cas gelap" negatif dan yang lain mempunyai "cas gelap" positif Hanya pembentukan "atom" yang membolehkan bahan gelap memusnahkan secara intensif sehingga dapat menjelaskan hasil pemerhatian astrofizik (inilah yang disebut mekanisme Sommerfeld).
Walau bagaimanapun, zarah yang membawa kekuatan "gelap" sudah dapat mereput secara langsung dengan pelepasan zarah biasa, dan zarah inilah, menurut Arkanihamed dan rakan-rakannya, yang mungkin bertanggung jawab atas kemunculan muon "tambahan".
Lebih-lebih lagi, pereputan zarah gelap yang dikenakan dengan cas gelap secara semula jadi berlaku dalam lata sehingga mencecah zarah gelap stabil paling ringan, yang tidak ada yang boleh mereput. Setiap langkah lata ini melibatkan zarah - pembawa kekuatan gelap, dan oleh itu muon tambahan mungkin muncul pada setiap langkah. Begitu banyak untuk muon dalam "pek". Fakta bahawa mereka semua terbang ke arah yang sama hanya disebabkan oleh fakta bahawa zarah yang membusuk bergerak dengan cepat - jadi caj bunga api perayaan, meletup sebelum mencapai titik tertinggi lintasan mereka, membuang seluruh pancaran cahaya terang ke depan. Begitu banyak untuk "jet".
Namun, penerbitan data oleh kolaborasi CDF dan PAMELA pasti akan membawa kepada munculnya puluhan, jika tidak beratus-ratus, kemungkinan penjelasan dalam beberapa bulan mendatang. Jadi mungkin tidak layak untuk memperhatikan model Arkanihamed. Sejauh ini, dia hanya dibezakan oleh fakta bahawa dia ternyata berada di mahkamah ketika menafsirkan kedua-duanya dan data lain.
Sudah tentu, kemungkinan kedua-dua hasil eksperimen akan mendapat penjelasan yang lebih remeh. "Muon ekstra" mungkin berubah menjadi tidak lebih daripada kesan instrumental pemasangan CDF gergasi, dan "positron tambahan" mungkin dihasilkan di sekitar bintang neutron di Galaxy kita.
Tetapi prospeknya sangat menarik. Dalam dunia materi gelap, yang hingga akhir-akhir ini kelihatan seperti kekeruhan tanpa bentuk di mana para astronom menyembunyikan salah faham mereka mengenai struktur dunia, struktur mula muncul - beberapa interaksi, "cas gelap", "atom gelap". Mungkin fizik belum berakhir, dan generasi saintis baru akan mempunyai sesuatu untuk dikaji dalam "dunia gelap".
