Mokslas ir IT

2021.04.08 21:34

Dalelių fizikos bendruomenėje – didelis jaudulys: rasta stiprių naujos gamtos jėgos įrodymų

Patricija Kilminavičienė, LRT.lt2021.04.08 21:34

Visi gerai žinome, kad fizikos dėsniai vaidina svarbų vaidmenį mūsų kasdienybėje, – nuo magneto prilipinimo prie šaldytuvo iki obuolio, krintančio ant galvos, ar kamuolio, skriejančio į krepšinio lanką. Šios gamtos jėgos yra keturios: gravitacija, elektromagnetizmas, silpnoji ir stiprioji jėga. Visos jos lemia tai, kaip Visatoje esantys objektai ir dalelės sąveikauja tarpusavyje. Tačiau dabar fizikai teigia radę potencialių ženklų, liudijančių penktą fundamentalią gamtos jėgą.

Veda link rimto atradimo

Kaip rašo BBC, nauji duomenys atkeliavo iš Čikagoje esančios Fermi nacionalinės greitintuvų laboratorijos („Fermilab“). Miuonų „G-2“ eksperimento metu ieškota naujų fizikos reiškinių ženklų, tiriant subatominių dalelių – miuonų – elgesį.

Eksperimento rezultatai dar nesudaro galutinio atradimo, tačiau Jungtinės Karalystės Mokslo ir technologijos infrastruktūros taryba (angl. Science and Technology Facilities Council – STFC) patikino, kad rezultatai „suteikia stiprių įrodymų apie dar neatrastos subatominės dalelės, arba naujos jėgos, egzistavimą“.

CERN dirbantis lietuvių mokslininkas Gediminas Šarpis LRT.lt patvirtino, kad tai išties dar vienas įdomus galimos naujos jėgos ženklas. Jis taip pat yra netiesiogiai susijęs su ankstesniu CERN atradimu, kai buvo atrastas 3,1 sigmos standartinis nuokrypis nuo leptonų universalumo hipotezės.

„Čia kalbama apie tam tikrą miuonų savybę, vadinamą magnetiniu momentu. Rastas didelis nuokrypis nuo standartinio modelio (plačiai pripažinta teorija, paaiškinanti, kaip elgiasi Visatos statybiniai blokai, – LRT.lt) hipotezės – 4,2 sigmos, bet kol kas dar per mažas, kad būtų oficialus atradimas“, – teigė G. Šarpis. Anot BBC, tam, kad būtų patvirtintas atradimas, nuokrypis turėtų siekti 5 sigmas.

Vienas iš eksperimentą atlikusių Jungtinės Karalystės mokslininkų profesorius Markas Lancasteris BBC teigė: „Mes nustatėme, kad miuonų sąveika nesuderinama su standartiniu modeliu.“

Mančesterio universiteto tyrėjas pridūrė: „Aišku, tai labai įdomu, nes tai potencialiai rodo ateitį su naujais fizikos dėsniais, naujomis dalelėmis ir nauja jėga, kurios iki šiol nematėme.“

Prie eksperimento neprisidėjęs profesorius Benas Allanachas iš Kembridžo universiteto tikino manantis, kad šie nauji įrodymai veda prie rimto atradimo. „Aš visą savo karjerą ieškojau jėgų ir dalelių, kurios mums dar nežinomos. Tai akimirka, kurios laukiau ir daug nemiegojau, nes per daug jaudinuosi“, – BBC sakė jis.

Pasikartojantys ženklai kelia jaudulį dalelių fizikos bendruomenėje

Pasak dalelių fiziko G. Šarpio, jeigu atradimas būtų patvirtintas, tai reikštų, kad egzistuoja mums nežinomų dalelių ir / arba jėgų, kurios greičiausiai žymiai silpnesnės už mums žinomas, tačiau vis tiek dalyvauja sąveikose – kaip aukštos eilės pataisos.

„Tokie fenomenai būtų ypač svarbūs Visatos pradžios etape ir juodųjų skylių centruose, kur egzistuoja nesuvokiamai dideli energijos tankiai ir naujos silpnos sąveikos daro didelę įtaką.

Viena iš populiarių hipotezių yra leptokvarkai – dalelės, turinčios ir leptonų, ir kvarkų savybių ir skylančios į leptonus ir kvarkus, taip sujungdamos dabartines standartinio modelio leptonų ir kvarkų šeimas. Kita hipotezė yra Z' (Z-prime) bozono egzistavimas, kas yra naują jėgą pernešanti dalelė, panaši į standarinio modelio Z bozoną“, – LRT.lt dėstė mokslininkas.

Anot jo, šie pasikartojantys ženklai išties kelia daug jaudulio dalelių fizikos bendruomenei.

„Mes apie šiuos ir kitus ženklus žinome jau porą metų ir tai vadiname įtampa (angl. tension). Kartais tokia įtampa atsipalaiduoja, kai nauji rezultatai priartėja prie standartinio modelio vertės. O kartais įvyksta kulminacija ir atrandamas kažkoks naujas procesas ar dalelė, kuri pastumia dalelių ir teoretinę fiziką į priekį, pakeičia mūsų suvokimą apie Visatą ir jos raidą“, – tikino G. Šarpis.

Kas tie miuonai?

Mūsų pasaulį sudaro statybiniai blokai, mažesni net už atomą. Kai kurios iš šių subatominių dalelių sudarytos iš dar mažesnių sudedamųjų dalių, o kitos negali būti suskaidomos – tai yra vadinamosios fundamentaliosios dalelės.

Miuonai ir yra vieni iš šių fundamentaliųjų dalelių, jie panašūs į elektronus, tačiau yra 200 kartų sunkesni. Kaip aiškinama Vašingtono universiteto tinklalapyje, miuonai atsiranda natūraliai, kai kosminiai spinduliai pasiekia Žemės atmosferą. Dalelių greitintuvai, tokie kaip „Fermilab“, gali jų padauginti dideliais skaičiais. Kaip ir elektronai, miuonai elgiasi taip, lyg turėtų mažytį vidinį magnetą. Atsidūrę stipriame magnetiniame lauke, miuonai pradeda virpėti. Vidinio magneto jėga nulemia, kokiu greičiu miuonas virpės išoriniame magnetiniame lauke, tai yra apibūdinama skaičiumi, įvardijamu kaip g-veiksnys. Šis veiksnys gali būti apskaičiuojamas itin tiksliai.

BBC rašo, kad „G-2“ eksperimento metu dalelės sukamos aplink 14 metrų žiedą ir paskui nukreipiamos į magnetinį lauką. Remiantis dabartiniais fizikos dėsniais, užkoduotais standartiniame modelyje, tai turėtų priversti miuonus virpėti tam tikru greičiu.

Tačiau mokslininkai pastebėjo, kad miuonai ėmė virpėti greičiau, nei tikėtasi. Manoma, kad tai galėjo sukelti nauja gamtos jėga, visiškai nepažįstama mokslui. Šiuo metu niekas nežino, ką galėtų daryti ši gamtos jėga, be įtakos miuonų dalelėms.

Fizikai teoretikai, kaip ir minėjo G. Šarpis, šiuo metu svarsto, kad tokie eksperimento rezultatai gali būti siejami su dar neatrasta subatomine dalele. Ir egzistuoja ne viena koncepcija, kokia hipotetinė dalelė tai galėtų būti.