چالشي براي مدل استاندارد
پدیدههای غیر منتظره ای در دو آزمایش دیگر هم مشاهده شدند، اما نباید برای اعلام یک کشف تازه شتاب کرد. دانشمندان در حال جمع آوری دادههای بیشتر هستند. ممکن است یک سیگنال جنجالی از شتابدهندهی بزرگ هادرونی (LHC) وجود رخنههایی در مدل استاندارد فیزیک را اثبات کند؛ مدلی که در حال حاضر بهترین نظریه برای توضیح برهم کنشهای ماده و انرژی است.
تجزیه و تحلیل اطلاعات جمع آوری شده در سالهای 2011 و 2012 در مرکز CERN، آزمایشگاه فیزیک ذرات واقع در نزدیکی شهر ژنو سوئیس، نشان میدهد که در واپاشیهای خاصی، ذراتی با عمر کوتاه به نام مزونهای بی، تائوها را بیشتر از میونها تولید میکنند (تائوها و میونها به نوعی خویشاوندان الکترونها هستند که جرم بیشتری دارند). اما مدل استاندارد میگوید که با لحاظ کردن تفاوت جرم ذرات نیز، واپاشی باید با همان آهنگ قبلی رخ دهد. این یافته در ماه جاری به صورت مبسوط در Physical review letters منتشر خواهد شد.
ناسازگاری در آهنگهای واپاشی که در LHC مشاهده شده، بسیار ناچیز است و نمیتواند باعث شود که دانشمندان دربارهی یک کشف تازه ادعایی داشته باشند. ممکن است این پدیده فقط یک نوسان آماری باشد که با جمع آوری اطلاعات بیشتر دربارهی فروپاشی مزون بی رنگ ببازند. فیزیکدانهای ذرات معمولاً هنگامییک پدیدهی تازه را به عنوانیک کشف جدید اعلام میکنند که درجهی اهمیت آماری آن به اصطلاح 5 سیگما باشد، در حالی که این عدد برای سیگنالهای مشاهده شده در LHC 1/2 سیگما است.
این پدیده برای فیزیکدانها جالب توجه است، زیرا این ناسازگاری در دو آزمایش دیگر نیز مشاهده شده بود: آزمایش Babar در آزمایشگاه شتابدهندهی ملیSLAC در شهر کالیفرنیا که گزارش آن در سال 2012 منتشر شده است و آزمایش Belle در سازمان تحقیقات شتابدهندههای انرژی بالا در ژاپن (KEK) در تسکوبا که نتایج آن طی کنفرانسی در ماه میتشریح شد. متیش پاتل، فیزیکدان کالج ایمپریال لندن که در حال بررسی این پدیده است میگوید: «نتایج آزمایش LHCb تآیید محکمیبر درستی دو آزمایش قبلی است.»
فیزیک جدید؟
سال گذشته LHCb یک بایاس مشابه را با درجهی اهمیت 6/2 سیگما یافت؛ واپاشی نوع دیگری از مزون بی که این بار تمایل به واپاشی به الکترون به جای میون در آن دیده میشد. شیرز میگوید: «چیزی که این دو مشاهده را برای فیزیک دانها جالب توجه می‌کند، این است که اگر صحت آنها اثبات شود، فیزیک جدیدی با قوانین اساسی تازه متولد میشود.»
هردوی این بایاسها را میتوان به صورت به صورت باالقوه توضیح داد. مثلاً میتوان احتمال وجود نوع دیگری از بوزون هیگز را بررسی کرد که دارای بار است و با ذرات شرکت کننده در واپاشی، برهمکنش متفاوتی دارد. ابرتقارن، نظریه ای که به دنبال تثبیت مدل استاندارد است، وجود بوزونهای هیگز چندگانه را پیش بینی می‌کند. البته در صورت اثبات صحت سیگنالهای مشاهده شده، این فقط یکی از توضیحات متعدد برای توجیه آن است.
دن لینکلن، فیزیکدان یکی دیگر از آزمایشهای LHC، به نام CMS میگوید: «باید هشدار داد که این پدیده به احتمال قوی فقط یک افت و خیز آماری ویا نوعی عدم قطعیت است. اما مشاهدهی آن در چند مورد دیگر باعث جلب توجه شده است. واضح است که این موضوع باید با جزئیات بیشتری بررسی شود.»
این یافته مربوط به دادههای دور اول آزمایشهای LHCb است وفیزیکدانها باید به مدت یک سال صبر کنند تا از دور دوم آزمایش شتابدهنده، که از 3 ژوئن آغاز میشود، اطلاعات تازه ای بدست آوردند. هم اکنون گروه تحقیقاتی LHCb در حال بررسی دادههای موجود در واپاشیهای مشابه هستند تا شاید بتوانند بایاس دیگری را بیابند.
دانشمندان CMS و آزمایش ATLAS در LHC، در جستجوی نتایج جالبی هستند. آنها مستقیماً به دنبال ذرات جدید میگردند. (برخلاف LHCb که به طور غیر مستقیم و با انجام واپاشیهای متعدد در جستجوی این ذرات است.) در هر دوی این آزمایشها اختلاف‌هاي کم اهمیتی در محدودهی جرمی2 گیگاالکترون ولت دیده شده است که میتوانند بوسیلهی واپاشی ذرات جدید به وجود آمده باشند. مقالهی اخیر ATLAS درجهی اهمیت آماری این اختلاف‌هاي را 4/3 سیگما تعیین کرده است.
از دههی 1970 همواره آزمایشهای اجرا شده بر مدل استاندارد صحه گذاشته اند. با این حال شکست این نظریه در توضیح پدیدههایی مانند گرانش و مادهی تاریک، باعث شده بسیاری از دانشمندان به این موضوع بیاندیشند که مدل استاندارد حالت تخمینی یک توضیح گسترده تر است. مدل استاندارد مدت زیادی است که همراه فیزیکدانها است، اما اکنون به نظر میرسد زمینههایی برای جایگزینی یک نظریهی تازه وجود دارد.
منبع:
LHC signal hints at cracks in physics' standard model
منابع مفيد:
LHCb
برخورد دهنده‌ي بزرگ هادروني
مدل استاندارد ذرات
نوترينوها
لپتون‌ها
هادرون‌ها
کوارک‌ها