Această nouă descoperire de la CERN, bazată pe datele colectate de Marele Accelerator de Hadroni (LHC) din Geneva, indică o anomalie severă în Modelul Standard din fizică, sugerând prezența unor forțe încă necunoscute.
Dacă se vor confirma, aceste indicii ar răsturna teoria, numită Modelul Standard, care a dominat fizica particulelor timp de 50 de ani. Descoperirile sugerează că modul în care anumite particule subatomice se comportă în Marele Accelerator de Hadroni (LHC) nu este în concordanță cu Teoria fundamentală care descrie cele mai mici cărămizi ale materiei și trei dintre cele patru forțe fundamentale ale naturii (electromagnetismul, forța slabă și forța puternică), cu excepția gravitației.
Particulele fundamentale sunt elementele constitutive cele mai de bază ale materiei – Cărămizile invizibile care formează atomii și, implicit, absolut tot ce există în univers. Sunt entități infinit de mici (precum electronii, protonii sau quarkurile) pe care fizica modernă le studiază pentru a înțelege din ce este făcută cu adevărat materia. care nu pot fi divizate în unități mai mici. Cele patru forțe fundamentale – gravitația, electromagnetismul, forța slabă și forța puternică – guvernează modul în care aceste particule interacționează.
Cel mai mare și mai puternic accelerator de particule din lume, operat de CERN. Este un instrument științific masiv, aflat într-un tunel subteran de 27 km, unde fizicienii ciocnesc protoni la viteze apropiate de cea a luminii pentru a descoperi secretele fundamentale ale universului. este un accelerator de particule gigant construit într-un tunel circular de 27 km lungime sub granița franco-elvețiană. Scopul său principal este de a găsi fisuri în Modelul Standard.
Pentru a forța aceste particule să își dezvăluie secretele, LHC operează la extreme care sfidează imaginația. În momentul coliziunii, temperatura din interiorul acceleratorului atinge 5,5 trilioane de grade Celsius – de peste 100.000 de ori mai fierbinte decât centrul Soarelui. În același timp, tuburile prin care circulă protonii sunt răcite la -271,3°C, o temperatură mai scăzută decât cea a spațiului cosmic îndepărtat. În acest mediu extrem de contrastant, cercetătorii vânează anomaliile fizicii.
Această teorie reprezintă cea mai bună înțelegere a noastră asupra particulelor și forțelor fundamentale, dar știm că nu poate fi totul. Ea nu explică gravitația sau materia întunecată – tipul de materie invizibilă, nemăsurată până acum, care constituie aproximativ 25% din Univers. Confirmarea unei fisuri în această teorie nu ar fi doar o ajustare academică, ci cea mai mare revoluție din fizica particulelor din ultimele decenii, deschizând calea către înțelegerea fenomenelor invizibile care domină Universul.
În LHC, fascicule de protoni care se deplasează în direcții opuse sunt făcute să se ciocnească, în încercarea de a descoperi indicii ale unei fizici încă nedescoperite. Noile rezultate provin de la LHCb, un experiment realizat la Marele Accelerator de Hadroni, unde sunt analizate aceste coliziuni.
Deși Modelul Standard este cea mai de succes teorie din istoria științei, ea descrie, de fapt, doar 5% din întregul Univers – adică materia vizibilă din care suntem făcuți noi, planetele și stelele. Restul de 95% este un ocean complet necunoscut de materie întunecată și energie întunecată. Descoperirea acestei „fisuri” la CERN ar putea fi prima noastră privire reală în acele 95 de procente de întuneric care dictează destinul cosmosului.
Rezultatul provine din studierea dezintegrării – un fel de transformare – a particulelor subatomice numite Particule subatomice instabile, extrem de mici, formate dintr-o pereche de elemente fundamentale (un quark și un antiquark). Acestea există doar pentru o fracțiune de secundă înainte de a se transforma în altceva. Am investigat modul în care acești mezoni B se dezintegrează în alte particule, constatând că modul specific în care se întâmplă acest lucru nu corespunde cu predicțiile Modelului Standard.
Ce este Modelul Standard și de ce a apărut o anomalie?
Modelul Standard se bazează pe două dintre cele mai transformatoare progrese ale fizicii din secolul al XX-lea: mecanica cuantică și relativitatea specială a lui Albert Einstein.
Fizicienii pot compara măsurătorile efectuate la instalații precum LHC cu predicțiile bazate pe Modelul Standard pentru a testa riguros teoria.
În ciuda faptului că știm că Modelul Standard este incomplet, în peste 50 de ani de teste din ce în ce mai riguroase, fizicienii de particule nu au găsit încă o fisură în teorie. Adică, potențial, până acum.
Măsurătoarea noastră, acceptată pentru publicare în Physical Review Letters, arată o discrepanță de patru Unitate de măsură statistică ce arată gradul de certitudine al unei descoperiri în fizică. Pragul de aur este de „5 sigma” (o șansă de 1 la 3,5 milioane ca rezultatul să fie o simplă eroare întâmplătoare a datelor). față de așteptările Modelului Standard. În fizica particulelor, pragul certitudinii absolute pentru declararea unei noi descoperiri este de 5 sigma. Totuși, nivelul actual de 4 deviații standard reprezintă un semnal mult prea puternic pentru a fi expediat drept o simplă eroare de măsurătoare.
În termeni concreți, aceasta înseamnă că, după luarea în considerare a incertitudinilor din rezultatele experimentale și din predicțiile teoretice, există doar o șansă de una la 16.000 ca o fluctuație aleatorie atât de extremă a datelor să apară dacă Modelul Standard este corect.
Deși acest lucru nu se ridică la standardul de aur al științei – ceea ce se numește cinci sigma, sau cinci deviații standard (o șansă de aproximativ una la 1,7 milioane) – dovezile încep să se adune. La această narațiune convingătoare se adaugă rezultatele unui experiment LHC independent, CMS, care au fost publicate mai devreme în 2025.
Deși rezultatele CMS nu sunt la fel de precise ca cele de la LHCb, ele se potrivesc bine, întărind argumentul. Noile noastre rezultate au fost obținute într-un studiu asupra unui tip particular de proces, cunoscut sub numele de Un proces de transformare (dezintegrare) a particulelor extrem de rar și complex. Numele a fost dat în 1977 ca o glumă între fizicieni, după ce diagrama matematică a procesului a ajuns să semene cu un pinguin.
Ce a descoperit CERN: „Dezintegrarea pinguin” la experimentul LHCb
Termenul „pinguin” se referă la un tip specific de dezintegrare (transformare) a particulelor cu durată de viață scurtă. În acest caz, studiem modul în care mezonul B se dezintegrează în alte patru particule subatomice – un kaon, un pion și doi muoni.
Cu puțină imaginație, se poate vizualiza dispunerea particulelor implicate ca arătând ca un pinguin. Esențial este faptul că măsurătorile acestei dezintegrări ne permit să studiem modul în care un tip de particulă fundamentală, un Cele mai mici particule fundamentale cunoscute din univers. Acestea se combină pentru a forma particule mai mari (precum protonii) și vin în șase tipuri (denumite „arome”), cum ar fi „frumusețe”, „ciudat”, „sus” sau „jos”. de frumusețe, se poate transforma într-un altul, quarkul ciudat.
Această dezintegrare de tip „pinguin” este incredibil de rară în Modelul Standard: la fiecare milion de mezoni B, doar unul se va dezintegra în acest mod. Am analizat cu atenție unghiurile și energiile la care aceste particule sunt produse în dezintegrare și am determinat cu precizie cât de des are loc procesul. Am constatat că măsurătorile noastre ale acestor mărimi nu sunt în concordanță cu predicțiile Modelului Standard.
Investigațiile precise ale dezintegrărilor de acest tip sunt unul dintre obiectivele principale ale experimentului LHCb, încă de la înființarea sa în 1994. Procesele de tip „pinguin” sunt deosebit de sensibile la efectele unor particule noi, potențial foarte grele, care nu pot fi create direct la LHC.
Astfel de particule pot exercita încă o influență măsurabilă asupra acestor dezintegrări, depășind contribuția redusă a Modelului Standard. Acest tip de observație indirectă nu este nou. De exemplu, radioactivitatea a fost descoperită cu 80 de ani înainte ca particulele fundamentale responsabile de aceasta Particule fundamentale care acționează ca „mesageri” ai forței nucleare slabe, fiind responsabile, printre altele, pentru fenomenele de radioactivitate și pentru procesele care fac Soarele să strălucească. să fie observate direct.
Leptoquarkurile și viitorul fizicii dincolo de Modelul Standard
Studiile noastre asupra proceselor rare ne permit să explorăm părți ale naturii care altfel ar deveni accesibile doar prin utilizarea coliderelor de particule planificate pentru anii 2070. Există o gamă largă de potențiale teorii noi care pot explica descoperirile noastre. Multe conțin particule noi numite Particule ipotetice (încă nedescoperite) care ar acționa ca o punte unificatoare între cele două mari familii de particule ale materiei (leptonii și quarkurile). Existența lor ar rescrie complet fizica modernă. care unesc cele două tipuri diferite de materie: „leptoni” și „quarkuri”.
Alte teorii potențiale conțin particule care sunt analogi mai grei ai celor deja găsiți în Modelul Standard. Noile rezultate restricționează forma acestor modele și vor orienta căutările viitoare pentru ele.
În ciuda entuziasmului nostru, rămân întrebări teoretice deschise care ne împiedică să afirmăm definitiv că fizica dincolo de Modelul Standard a fost observată. Cea mai serioasă întrebare provine de la așa-numiții „pinguini fermecători”, un set de procese prezente în Modelul Standard, ale căror contribuții sunt extrem de dificil de prezis. Estimările recente privind acești pinguini fermecători sugerează că efectele lor nu sunt suficient de mari pentru a explica datele noastre.
Mai mult, o combinație între un model teoretic și datele experimentale de la LHCb sugerează că pinguinii fermecători (și, prin urmare, Modelul Standard) au dificultăți în a explica rezultatele anomale.
Noile date deja colectate ne vor permite să confirmăm situația în următorii ani: în lucrarea noastră actuală am studiat aproximativ 650 de miliarde de dezintegrări de mezoni B înregistrate între anii 2011 și 2018 pentru a găsi aceste dezintegrări de tip pinguin. De atunci, experimentul LHCb a înregistrat de trei ori mai mulți mezoni B.
Această cursă istorică pentru rescrierea manualelor de fizică nu se desfășoară departe de noi. România este stat membru cu drepturi depline la CERN, iar zeci de cercetători români de top – în special de la Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică și Inginerie Nucleară „Horia Hulubei” (IFIN-HH) din Măgurele – sunt implicați direct în analiza datelor uriașe produse de coliziunile de la Geneva, contribuind activ la vânătoarea acestor noi particule.
Sunt planificate progrese suplimentare pentru anii 2030, pentru a exploata viitoarele modernizări ale LHC și a acumula un set de date de 15 ori mai mare. Acest pas final va permite formularea unor concluzii definitive, deschizând potențial o nouă înțelegere a modului în care funcționează universul la cel mai elementar nivel. Până la acumularea acestor noi date, recenta descoperire de la CERN rămâne cel mai solid indiciu de până acum că realitatea noastră este guvernată de reguli pe care abia acum începem să le întrezărim.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
„Sindromul inimii frânte” seamănă cu un infarct, dar un nou scor sangvin le-ar putea deosebi
Un fluture care abia îmbătrânește ar putea ajuta cercetătorii să descifreze secretele longevității
Nucleul interior al Pământului ar putea ascunde o stare ciudată a materiei
Consumatorii de cafea au mai puțină grăsime, mai multă masă musculară și diferențe surprinzătoare la hormonii sexuali
