Svet teensko majhnega, kvantnega kraljestva, bi lahko imel najljubši okus.
Seveda ne govorimo o itty-bitty sladolednih stožcih, seveda. Svet delcev je razdeljen na tri tabore, imenovane "okusi" (ne sprašujte, zakaj). Na primer, elektroni predstavljajo en okus, še dva delca s skoraj identičnimi lastnostmi, muon in tau, pa imata svoje okuse. Dolgo smo domnevali - vendar ni dokazano -, da morajo biti vsi trije okusi enakovredni.
Toda, žal, leta s poskusi trčenja trka trdijo, da morda ni vse enakomerno.
Rezultati teh poskusov so še vedno okvirni in premalo pomembni, da bi lahko trdno odkrili razpoko v bibliji fizike delcev, imenovano Standardni model. Če pa se rezultati zadržijo, bi to lahko odprlo vrata do razumevanja vsega, od temne snovi do nastanka vesolja. Veš, veliki nerešeni problemi sodobne fizike.
Standardni okusi
Standardni model fizike delcev je vrhunski in skozi desetletja uspešno prestaja merila preizkusov iz eksperimentov po vsem svetu. Ta teorija združuje naše razumevanje treh od štirih temeljnih sil vesolja - elektromagnetizma, močnega jedrskega in šibkega jedra - pod enim samim kvantnim transparentom. Povedano je to najbolj preizkušena teorija v celotni znanosti, ki je sposobna razložiti široko paleto temeljnih interakcij.
Z drugimi besedami, s standardnim modelom se preprosto ne spopadate.
In vendar vemo, da ta slika subatomskega sveta še zdaleč ni popolna. Samo če naštejemo nekaj primerov, to ne razlaga nevtrinskih množic ali nam daje pojma o temni snovi. Velika večina fizikov meni, da obstaja še ena doslej neznana teorija, ki zajema vse, kar Standardni model zna razložiti, in stvari, ki jih ne zmore.
Neumno je, da ne vemo, kako izgleda ta teorija ali kakšne napovedi lahko daje. Tako ne samo, da ne poznamo popolnih odgovorov na življenje, vesolje in vse vmes, tudi ne vemo, kako naj te odgovore.
Da bi našli nasvete o "boljši teoriji", raziskovalci iščejo kakršne koli nepopolnosti ali napačne napovedi standardnega modela - razpoka v tej teoriji bi morda odprla vrata za kaj večjega.
Eno od mnogih napovedi standardnega modela zadeva naravo leptonov, ki so drobni samotni delci, kot so elektroni ali kvarki. Leptoni so združeni v tri razrede, znane kot generacije ali okusi odvisno od tega, katerega fizika vprašaš. Delci z različnimi okusi bodo delili vse iste lastnosti, razen različnih mas. Na primer, elektron, muon in tau delec imajo enak električni naboj in vrtenje, vendar muon odtehta elektron, še bolj pa tau - imajo različne okuse.
Po standardnem modelu bi se morali ti trije okusi elektrona obnašati popolnoma enako. Temeljne interakcije bi morale vsako od njih ustvariti z enako verjetnostjo; narava preprosto ne more ugotoviti razlike med njimi, zato resnično ne daje prednosti enemu okusu drugemu.
Ko gre za tri okuse, narava sprejme neapeljski pristop: vsi.
Lep rezultat
To je sicer vsa teorija, zato jo je treba preizkusiti. Z leti so se različni poskusi, kot so bili izvedeni v velikem hadronskem trkalniku pri CERN-u in v objektu BaBar, v katerih se v množičnih trčenjih zdrobijo temeljni delci. Delci, ki nastanejo pri teh trkih, bi lahko dali namige o tem, kako narava deluje na najgloblji ravni. In nekatera od teh trčenj so zasnovana tako, da vidijo, ali ima narava všeč en okus leptona nad drugimi.
Zlasti ena vrsta delcev, imenovana spodnji kvark, resnično uživa razpadajo v leptone. Včasih postane elektron. Včasih muon. Včasih tau. Toda ne glede na vse, imajo vsi trije okusi enake možnosti, da se bodo pojavili iz razbitin.
Fiziki so uspeli nakopičiti več sto milijonov takšnih razpadov spodnjih kvarkov, in pred nekaj leti se je v podatkih pojavilo nekaj čudnega: Narava se je v teh interakcijah zdela delcem tau nekoliko bolj kot pri drugih leptonih. Kljub temu je bil statistično pomemben, tako da je bilo te rezultate enostavno mahniti kot zgolj statistično napako; morda ravno nismo premalo trčili, da bi vse izzvenelo.
Ker pa so leta minila, je rezultat obstal, kot je opozoril fizik Antonio Pich z univerze v Valenciji v Španiji v pregledu te raziskave, ki je bil novembra objavljen v podatkovni bazi arXiv. Narava je videti precej trmasta, ko gre za njeno očitno favoriziranje tau delcev. Rezultat še vedno ni prepričljiv, vendar je njegova vztrajnost skozi leta in v različnih poskusih naredila pravo praskavo glavo.
Ne tako standardni model
V standardnem modelu različni okusi leptonov dobijo svoj… no, okus… s pomočjo interakcij z Higgsovim bozonom: Bolj kot okus vpliva na Higgsov, večja je njegova masa. Sicer pa narava med njimi ne razlikuje, torej napoved, da bi se morali vsi okusi pojaviti enako v vseh interakcijah.
Če pa so te tako imenovane "anomalije okusa" resnično značilnost našega vesolja in ne le nekaj hrošča v zbiranju podatkov, potem moramo na neki način razložiti, zakaj bi narava morala bolj skrbeti za delce tau kot za elektron ali mun. Ena od možnosti je, da bi lahko naokrog letelo več vrst Higgsovega bozona - eden, ki zagotavlja množici elektronov in mun, in drugi, ki je tau še posebej všeč, omogoča, da pogosteje izskoči iz interakcij.
Druga možnost je, da obstajajo dodatni delci, ki govorijo s tau - delci, ki jih še nismo videli v poskusih. Mogoče pa obstaja neka temeljna simetrija narave, ki se razkrije le skozi šepetanje leptonskih reakcij - z drugimi besedami, neke nove sile narave, ki se pojavlja le v teh nejasnih, redkih interakcijah.
Dokler se dokazovanja ne držimo (trenutno je statistična pomembnost te razlike približno 3-sigma, kar predstavlja 99,3-odstotno verjetnost, da je ta rezultat le napak, medtem ko je "zlati standard" za fiziko delcev 5-sigma, ali 99,97%), ne moremo zagotovo vedeti. Če pa se dokazi še zaostrijo, bi lahko ta novi vpogled uporabili za iskanje nove fizike onkraj standardnega modela, kar bi nam odprlo možnost razlage trenutno nerazložljivega, kot je fizika zelo zgodnjega vesolja ali karkoli za vraga, s temno snovjo.
