Επιστήμονες στο CERN εντόπισαν ανωμαλίες σε σπάνιες διασπάσεις σωματιδίων B meson που ίσως αποτελούν την ισχυρότερη μέχρι σήμερα ένδειξη ύπαρξης «νέας φυσικής» πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο
Ένα εξαιρετικά ασυνήθιστο μοτίβο που εντοπίστηκε σε σπάνιες διασπάσεις B meson δίνει στους ερευνητές νέους λόγους να πιστεύουν ότι ίσως κρύβεται νέα φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model).
Νέα ευρήματα από έρευνα που διεξάγεται στον CERN στη Γενεύη υποδηλώνουν ότι οι επιστήμονες ενδέχεται να πλησιάζουν σε αποδείξεις ύπαρξης φυσικής πέρα από όσα είναι σήμερα γνωστά.
Αν επιβεβαιωθούν, αυτά τα σημάδια θα μπορούσαν να αμφισβητήσουν το Καθιερωμένο Πρότυπο - τη θεωρία που καθοδηγεί τη σωματιδιακή φυσική εδώ και 50 χρόνια.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ορισμένα υποατομικά σωματίδια που παράγονται στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) ενδέχεται να συμπεριφέρονται με τρόπους που δεν συμφωνούν με τις προβλέψεις του μοντέλου.
Τα θεμελιώδη σωματίδια είναι οι πιο βασικές γνωστές μονάδες της ύλης και δεν μπορούν να διασπαστούν σε μικρότερα μέρη. Οι αλληλεπιδράσεις τους διέπονται από τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις: τη βαρύτητα, τον ηλεκτρομαγνητισμό, την ασθενή πυρηνική δύναμη και την ισχυρή πυρηνική δύναμη.
Ο LHC είναι ένας τεράστιος επιταχυντής σωματιδίων που βρίσκεται σε κυκλική σήραγγα μήκους 27 χιλιομέτρων κάτω από τα σύνορα Γαλλίας και Ελβετίας. Βασικός του στόχος είναι να δοκιμάσει το Καθιερωμένο Πρότυπο και να εντοπίσει σημεία όπου η θεωρία ενδέχεται να αποτυγχάνει.
Το Καθιερωμένο Πρότυπο παραμένει η καλύτερη εξήγηση που διαθέτουν οι επιστήμονες για τα θεμελιώδη σωματίδια και τις δυνάμεις, όμως είναι γνωστό ότι δεν είναι πλήρες.
Δεν περιλαμβάνει τη βαρύτητα και αδυνατεί να εξηγήσει τη σκοτεινή ύλη - την αόρατη και ακόμη μη ανιχνευμένη μορφή ύλης που πιστεύεται ότι αποτελεί περίπου το 25% του σύμπαντος.
Στον LHC, δέσμες πρωτονίων που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις συγκρούονται με στόχο να αποκαλυφθούν ίχνη άγνωστης φυσικής. Τα νέα αποτελέσματα προέρχονται από το πείραμα LHCb, όπου αναλύονται αυτές οι συγκρούσεις.
Το αποτέλεσμα προκύπτει από τη μελέτη της διάσπασης - δηλαδή ενός είδους μετασχηματισμού - υποατομικών σωματιδίων που ονομάζονται B mesons.
Οι ερευνητές εξέτασαν πώς αυτά τα B mesons διασπώνται σε άλλα σωματίδια και διαπίστωσαν ότι ο συγκεκριμένος τρόπος διάσπασης δεν συμφωνεί με τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου.
Μια θεωρία υπό πίεση
Το Καθιερωμένο Πρότυπο βασίζεται σε δύο από τις σημαντικότερες επιστημονικές επαναστάσεις του 20ού αιώνα: την κβαντομηχανική και την ειδική θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein.
Οι φυσικοί μπορούν να συγκρίνουν μετρήσεις από εγκαταστάσεις όπως ο LHC με προβλέψεις βασισμένες στο Καθιερωμένο Πρότυπο, δοκιμάζοντας αυστηρά τη θεωρία.
Παρότι γνωρίζουμε ότι το μοντέλο είναι ελλιπές, εδώ και πάνω από 50 χρόνια ολοένα αυστηρότερων δοκιμών οι φυσικοί δεν είχαν εντοπίσει πραγματική «ρωγμή» στη θεωρία. Τουλάχιστον - πιθανώς - μέχρι σήμερα.
Η νέα μέτρηση, που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters, παρουσιάζει απόκλιση τεσσάρων τυπικών αποκλίσεων (four standard deviations) από τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου.
Σε πρακτικούς όρους, αυτό σημαίνει ότι - λαμβάνοντας υπόψη τόσο τις πειραματικές αβεβαιότητες όσο και τις θεωρητικές προβλέψεις - υπάρχει μόλις μία πιθανότητα στις 16.000 τα δεδομένα να αποτελούν τυχαία διακύμανση αν το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι σωστό.
Παρότι το αποτέλεσμα δεν φτάνει ακόμη το «χρυσό πρότυπο» της επιστήμης - δηλαδή τις πέντε σίγμα αποκλίσεις, που αντιστοιχούν περίπου σε μία πιθανότητα στις 1,7 εκατομμύρια - οι ενδείξεις αρχίζουν να συσσωρεύονται.
Στην εικόνα αυτή προστίθενται και αποτελέσματα από ανεξάρτητο πείραμα του LHC, το CMS, που δημοσιεύθηκαν νωρίτερα το 2025. Αν και τα αποτελέσματα του CMS δεν είναι τόσο ακριβή όσο του LHCb, συμφωνούν σε μεγάλο βαθμό, ενισχύοντας την υπόθεση.
Οι σπάνιες διασπάσεις «penguin»
Τα νέα αποτελέσματα προέκυψαν από τη μελέτη μιας ιδιαίτερης διαδικασίας που είναι γνωστή ως electroweak penguin decay.
Ο όρος «penguin» αναφέρεται σε έναν συγκεκριμένο τύπο διάσπασης βραχύβιων σωματιδίων. Στην περίπτωση αυτή, οι επιστήμονες μελετούν πώς ένα B meson διασπάται σε τέσσερα άλλα υποατομικά σωματίδια: ένα kaon, ένα pion και δύο μιόνια.
Με λίγη φαντασία, η διάταξη αυτών των σωματιδίων μοιάζει με πιγκουίνο - εξ ου και η ονομασία.
Το σημαντικό είναι ότι αυτές οι μετρήσεις επιτρέπουν στους επιστήμονες να μελετήσουν πώς ένα θεμελιώδες σωματίδιο, το beauty quark, μετατρέπεται σε strange quark.
Αυτή η διάσπαση είναι εξαιρετικά σπάνια στο Καθιερωμένο Πρότυπο: από κάθε ένα εκατομμύριο B mesons, μόνο ένα διασπάται με αυτόν τον τρόπο.
Οι ερευνητές ανέλυσαν προσεκτικά τις γωνίες και τις ενέργειες με τις οποίες παράγονται τα σωματίδια στη διάσπαση και καθόρισαν με ακρίβεια πόσο συχνά συμβαίνει η διαδικασία. Τα αποτελέσματα αποκλίνουν από τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου.
Ακριβείς έρευνες τέτοιων διασπάσεων αποτελούν βασικό στόχο του πειράματος LHCb ήδη από την ίδρυσή του το 1994.
Οι διαδικασίες “penguin” είναι εξαιρετικά ευαίσθητες σε επιδράσεις πιθανών νέων και πολύ βαρέων σωματιδίων που δεν μπορούν να δημιουργηθούν άμεσα στον LHC.
Τέτοια σωματίδια μπορεί ωστόσο να επηρεάζουν μετρήσιμα τις διασπάσεις, υπερκαλύπτοντας τη μικρή συμβολή του Καθιερωμένου Προτύπου.
Νέα δεδομένα ίσως επιβεβαιώσουν την ανακάλυψη
Οι μελέτες σπάνιων διαδικασιών επιτρέπουν στους επιστήμονες να εξερευνούν περιοχές της φύσης που διαφορετικά ίσως να γίνονταν προσβάσιμες μόνο με επιταχυντές σωματιδίων που σχεδιάζονται για τη δεκαετία του 2070.
Υπάρχει μεγάλο εύρος θεωριών που μπορούν να εξηγήσουν τα νέα ευρήματα. Πολλές από αυτές περιλαμβάνουν νέα σωματίδια που ονομάζονται “leptoquarks”, τα οποία ενοποιούν τους δύο διαφορετικούς τύπους ύλης: τα λεπτόνια και τα quarks.
Άλλες θεωρίες προβλέπουν σωματίδια που αποτελούν βαρύτερα ανάλογα εκείνων που ήδη περιλαμβάνει το Καθιερωμένο Πρότυπο.
Ωστόσο, παρά τον ενθουσιασμό, οι επιστήμονες τονίζουν ότι εξακολουθούν να υπάρχουν ανοιχτά θεωρητικά ζητήματα που δεν επιτρέπουν ακόμη οριστική ανακοίνωση ανακάλυψης νέας φυσικής.
Το σημαντικότερο πρόβλημα αφορά τα λεγόμενα “charming penguins”, διαδικασίες που ήδη υπάρχουν μέσα στο Καθιερωμένο Πρότυπο και των οποίων οι συνεισφορές είναι εξαιρετικά δύσκολο να προβλεφθούν με ακρίβεια.
Παρόλα αυτά, πρόσφατοι υπολογισμοί υποδηλώνουν ότι οι επιδράσεις των “charming penguins” πιθανότατα δεν επαρκούν για να εξηγήσουν τα νέα δεδομένα.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι τα νέα δεδομένα που έχουν ήδη συλλεχθεί θα επιτρέψουν επιβεβαίωση ή διάψευση των ευρημάτων τα επόμενα χρόνια.
Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν περίπου 650 δισεκατομμύρια διασπάσεις B mesons που καταγράφηκαν μεταξύ 2011 και 2018. Έκτοτε, το πείραμα LHCb έχει καταγράψει τριπλάσιο αριθμό B mesons.
Περαιτέρω αναβαθμίσεις σχεδιάζονται για τη δεκαετία του 2030, με στόχο τη συλλογή δεδομένων 15 φορές μεγαλύτερων.
Αυτό το τελικό βήμα ίσως επιτρέψει οριστικές απαντήσεις και πιθανώς ανοίξει έναν νέο δρόμο κατανόησης για το πώς λειτουργεί το σύμπαν στο πιο θεμελιώδες επίπεδο.
www.bankingnews.gr
Νέα ευρήματα από έρευνα που διεξάγεται στον CERN στη Γενεύη υποδηλώνουν ότι οι επιστήμονες ενδέχεται να πλησιάζουν σε αποδείξεις ύπαρξης φυσικής πέρα από όσα είναι σήμερα γνωστά.
Αν επιβεβαιωθούν, αυτά τα σημάδια θα μπορούσαν να αμφισβητήσουν το Καθιερωμένο Πρότυπο - τη θεωρία που καθοδηγεί τη σωματιδιακή φυσική εδώ και 50 χρόνια.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ορισμένα υποατομικά σωματίδια που παράγονται στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) ενδέχεται να συμπεριφέρονται με τρόπους που δεν συμφωνούν με τις προβλέψεις του μοντέλου.
Τα θεμελιώδη σωματίδια είναι οι πιο βασικές γνωστές μονάδες της ύλης και δεν μπορούν να διασπαστούν σε μικρότερα μέρη. Οι αλληλεπιδράσεις τους διέπονται από τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις: τη βαρύτητα, τον ηλεκτρομαγνητισμό, την ασθενή πυρηνική δύναμη και την ισχυρή πυρηνική δύναμη.
Ο LHC είναι ένας τεράστιος επιταχυντής σωματιδίων που βρίσκεται σε κυκλική σήραγγα μήκους 27 χιλιομέτρων κάτω από τα σύνορα Γαλλίας και Ελβετίας. Βασικός του στόχος είναι να δοκιμάσει το Καθιερωμένο Πρότυπο και να εντοπίσει σημεία όπου η θεωρία ενδέχεται να αποτυγχάνει.
Το Καθιερωμένο Πρότυπο παραμένει η καλύτερη εξήγηση που διαθέτουν οι επιστήμονες για τα θεμελιώδη σωματίδια και τις δυνάμεις, όμως είναι γνωστό ότι δεν είναι πλήρες.
Δεν περιλαμβάνει τη βαρύτητα και αδυνατεί να εξηγήσει τη σκοτεινή ύλη - την αόρατη και ακόμη μη ανιχνευμένη μορφή ύλης που πιστεύεται ότι αποτελεί περίπου το 25% του σύμπαντος.
Στον LHC, δέσμες πρωτονίων που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις συγκρούονται με στόχο να αποκαλυφθούν ίχνη άγνωστης φυσικής. Τα νέα αποτελέσματα προέρχονται από το πείραμα LHCb, όπου αναλύονται αυτές οι συγκρούσεις.
Το αποτέλεσμα προκύπτει από τη μελέτη της διάσπασης - δηλαδή ενός είδους μετασχηματισμού - υποατομικών σωματιδίων που ονομάζονται B mesons.
Οι ερευνητές εξέτασαν πώς αυτά τα B mesons διασπώνται σε άλλα σωματίδια και διαπίστωσαν ότι ο συγκεκριμένος τρόπος διάσπασης δεν συμφωνεί με τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου.
Μια θεωρία υπό πίεση
Το Καθιερωμένο Πρότυπο βασίζεται σε δύο από τις σημαντικότερες επιστημονικές επαναστάσεις του 20ού αιώνα: την κβαντομηχανική και την ειδική θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein.
Οι φυσικοί μπορούν να συγκρίνουν μετρήσεις από εγκαταστάσεις όπως ο LHC με προβλέψεις βασισμένες στο Καθιερωμένο Πρότυπο, δοκιμάζοντας αυστηρά τη θεωρία.
Παρότι γνωρίζουμε ότι το μοντέλο είναι ελλιπές, εδώ και πάνω από 50 χρόνια ολοένα αυστηρότερων δοκιμών οι φυσικοί δεν είχαν εντοπίσει πραγματική «ρωγμή» στη θεωρία. Τουλάχιστον - πιθανώς - μέχρι σήμερα.
Η νέα μέτρηση, που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters, παρουσιάζει απόκλιση τεσσάρων τυπικών αποκλίσεων (four standard deviations) από τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου.
Σε πρακτικούς όρους, αυτό σημαίνει ότι - λαμβάνοντας υπόψη τόσο τις πειραματικές αβεβαιότητες όσο και τις θεωρητικές προβλέψεις - υπάρχει μόλις μία πιθανότητα στις 16.000 τα δεδομένα να αποτελούν τυχαία διακύμανση αν το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι σωστό.
Παρότι το αποτέλεσμα δεν φτάνει ακόμη το «χρυσό πρότυπο» της επιστήμης - δηλαδή τις πέντε σίγμα αποκλίσεις, που αντιστοιχούν περίπου σε μία πιθανότητα στις 1,7 εκατομμύρια - οι ενδείξεις αρχίζουν να συσσωρεύονται.
Στην εικόνα αυτή προστίθενται και αποτελέσματα από ανεξάρτητο πείραμα του LHC, το CMS, που δημοσιεύθηκαν νωρίτερα το 2025. Αν και τα αποτελέσματα του CMS δεν είναι τόσο ακριβή όσο του LHCb, συμφωνούν σε μεγάλο βαθμό, ενισχύοντας την υπόθεση.
Οι σπάνιες διασπάσεις «penguin»
Τα νέα αποτελέσματα προέκυψαν από τη μελέτη μιας ιδιαίτερης διαδικασίας που είναι γνωστή ως electroweak penguin decay.
Ο όρος «penguin» αναφέρεται σε έναν συγκεκριμένο τύπο διάσπασης βραχύβιων σωματιδίων. Στην περίπτωση αυτή, οι επιστήμονες μελετούν πώς ένα B meson διασπάται σε τέσσερα άλλα υποατομικά σωματίδια: ένα kaon, ένα pion και δύο μιόνια.
Με λίγη φαντασία, η διάταξη αυτών των σωματιδίων μοιάζει με πιγκουίνο - εξ ου και η ονομασία.
Το σημαντικό είναι ότι αυτές οι μετρήσεις επιτρέπουν στους επιστήμονες να μελετήσουν πώς ένα θεμελιώδες σωματίδιο, το beauty quark, μετατρέπεται σε strange quark.
Αυτή η διάσπαση είναι εξαιρετικά σπάνια στο Καθιερωμένο Πρότυπο: από κάθε ένα εκατομμύριο B mesons, μόνο ένα διασπάται με αυτόν τον τρόπο.
Οι ερευνητές ανέλυσαν προσεκτικά τις γωνίες και τις ενέργειες με τις οποίες παράγονται τα σωματίδια στη διάσπαση και καθόρισαν με ακρίβεια πόσο συχνά συμβαίνει η διαδικασία. Τα αποτελέσματα αποκλίνουν από τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου.
Ακριβείς έρευνες τέτοιων διασπάσεων αποτελούν βασικό στόχο του πειράματος LHCb ήδη από την ίδρυσή του το 1994.
Οι διαδικασίες “penguin” είναι εξαιρετικά ευαίσθητες σε επιδράσεις πιθανών νέων και πολύ βαρέων σωματιδίων που δεν μπορούν να δημιουργηθούν άμεσα στον LHC.
Τέτοια σωματίδια μπορεί ωστόσο να επηρεάζουν μετρήσιμα τις διασπάσεις, υπερκαλύπτοντας τη μικρή συμβολή του Καθιερωμένου Προτύπου.
Νέα δεδομένα ίσως επιβεβαιώσουν την ανακάλυψη
Οι μελέτες σπάνιων διαδικασιών επιτρέπουν στους επιστήμονες να εξερευνούν περιοχές της φύσης που διαφορετικά ίσως να γίνονταν προσβάσιμες μόνο με επιταχυντές σωματιδίων που σχεδιάζονται για τη δεκαετία του 2070.
Υπάρχει μεγάλο εύρος θεωριών που μπορούν να εξηγήσουν τα νέα ευρήματα. Πολλές από αυτές περιλαμβάνουν νέα σωματίδια που ονομάζονται “leptoquarks”, τα οποία ενοποιούν τους δύο διαφορετικούς τύπους ύλης: τα λεπτόνια και τα quarks.
Άλλες θεωρίες προβλέπουν σωματίδια που αποτελούν βαρύτερα ανάλογα εκείνων που ήδη περιλαμβάνει το Καθιερωμένο Πρότυπο.
Ωστόσο, παρά τον ενθουσιασμό, οι επιστήμονες τονίζουν ότι εξακολουθούν να υπάρχουν ανοιχτά θεωρητικά ζητήματα που δεν επιτρέπουν ακόμη οριστική ανακοίνωση ανακάλυψης νέας φυσικής.
Το σημαντικότερο πρόβλημα αφορά τα λεγόμενα “charming penguins”, διαδικασίες που ήδη υπάρχουν μέσα στο Καθιερωμένο Πρότυπο και των οποίων οι συνεισφορές είναι εξαιρετικά δύσκολο να προβλεφθούν με ακρίβεια.
Παρόλα αυτά, πρόσφατοι υπολογισμοί υποδηλώνουν ότι οι επιδράσεις των “charming penguins” πιθανότατα δεν επαρκούν για να εξηγήσουν τα νέα δεδομένα.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι τα νέα δεδομένα που έχουν ήδη συλλεχθεί θα επιτρέψουν επιβεβαίωση ή διάψευση των ευρημάτων τα επόμενα χρόνια.
Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν περίπου 650 δισεκατομμύρια διασπάσεις B mesons που καταγράφηκαν μεταξύ 2011 και 2018. Έκτοτε, το πείραμα LHCb έχει καταγράψει τριπλάσιο αριθμό B mesons.
Περαιτέρω αναβαθμίσεις σχεδιάζονται για τη δεκαετία του 2030, με στόχο τη συλλογή δεδομένων 15 φορές μεγαλύτερων.
Αυτό το τελικό βήμα ίσως επιτρέψει οριστικές απαντήσεις και πιθανώς ανοίξει έναν νέο δρόμο κατανόησης για το πώς λειτουργεί το σύμπαν στο πιο θεμελιώδες επίπεδο.
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών