Teensy-pisikese, kvantmaailma maailm võis olla lemmikmaitseaine.
Muidugi ei räägi me itty-bitty jäätisekoonustest. Osakeste maailm on jagatud kolmeks leeriks, mida nimetatakse "maitseteks" (ärge küsige, miks). Näiteks tähistavad elektronid ühte maitset ja lisaks on veel kaks peaaegu identsete omadustega osakest, müoon ja tau, millel on oma maitsed. Oleme juba ammu kahtlustanud - kuid pole tõestatud -, et kõik kolm maitset peaksid olema võrdsetel alustel.
Kuid paraku on aastatepikkused kokkupõrkekatsed hakanud viitama sellele, et võib-olla pole kõik ühtlane.
Nende katsete tulemused on endiselt esialgsed ega ole piisavalt märkimisväärsed, et väita kindlamat pragu osakeste füüsika piiblis, mida nimetatakse standardmudeliks. Kuid kui tulemused püsivad, võib see avada värava kõige mõistmiseks alates tumedast ainest kuni universumi päritoluni. Teate, tänapäeva füüsika peamised lahendamata probleemid.
Tavalised maitsed
Osakeste füüsika standardmudel valitseb ülimuslikult, kandes aastakümnete jooksul edukalt üle kogu maailma tehtud katsete katsetusi. See teooria ühendab meie arusaama universumi neljast põhijõudust kolmest - elektromagnetism, tugev tuum ja nõrk tuum - ühe kvantriba all. Kõike öeldes on see kogu teaduse kõige järeleproovitum teooria, mis on võimeline seletama suurt hulka põhimõttelisi vastasmõjusid.
Teisisõnu, te ei sega lihtsalt standardset mudelit.
Ja veel, me teame, et see pilt subatomiaalsest maailmast pole kaugeltki täiuslik. Mõne näite nimetamiseks ei selgita see neutriinomassi ega anna meile aimugi tumeda aine kohta. Valdav enamus füüsikuid usub, et on olemas veel üks seni teadmata teooria, mis hõlmab kõike, mida standardmudel suudab selgitada, ja asju, mida ta ei suuda.
Põrumine on see, et me ei tea, milline see teooria välja näeb või milliseid ennustusi see võib teha. Nii et me mitte ainult ei tea täielikke vastuseid elust, universumist ja kõigest vahepealsest, vaid ei tea ka, kuidas neid vastuseid saada.
"Parema teooria" kohta vihjeid otsivad teadlased, et avastada standardmudeli puudusi või valesid ennustusi - selle teooria mõra võib ehk avada ukse millegi suurema jaoks.
Üks standardmudeli paljudest ennustustest puudutab leptonite olemust, mis on pisikesed üksikud osakesed nagu elektronid või kvargid. Leptonid jaotatakse kolme klassi, mida nimetatakse põlvkonnad või maitsed sõltuvalt sellest, millist füüsikut te küsite. Erineva maitsega osakestel on kõik samad omadused, välja arvatud juhul, kui neil on erinev mass. Näiteks elektronil, müonil ja tau osakesel on kõik ühesugused elektrilaengud ja spin, kuid müon kaalub üles elektroni ja tau veelgi enam - neil on erinevad maitsed.
Standardmudeli kohaselt peaksid need kolm elektroni maitset käituma täpselt samamoodi. Põhimõttelised interaktsioonid peaksid andma kõik need võrdse tõenäosusega; loodus lihtsalt ei oska nende vahel vahet teha, nii et see ei eelista tegelikult üht maitset teise suhtes.
Kolme maitse osas võtab loodus Napoli lähenemisviisi: need kõik.
Ilus tulemus
See on ju kogu teooria ja seetõttu tuleks seda testida. Aastate jooksul on CERNis ja BaBari rajatises läbi viidud suured eksperimendid, näiteks suured hadronikollektoris tehtud katsed, mille käigus massilised kokkupõrked purunevad põhiosakesed. Nendest kokkupõrgetest tekkivad osakesed võivad anda vihjeid selle kohta, kuidas loodus töötab sügavaimatel tasanditel. Ja mõned neist kokkupõrgetest on loodud selleks, et näha, kas loodus meeldib üheleptoni maitsele teistega võrreldes.
Eelkõige naudib ühte tüüpi osake, mida nimetatakse põhjakvarkiks, lagunemist leptoniteks. Mõnikord muutub see elektroniks. Vahel müon. Vahel tau. Kuid ükskõik, kõigil kolmel maitsel on vrakkidest võrdne võimalus.
Füüsikud on suutnud hävitada sadu miljoneid selliseid põhjakvargi lagunemisi ja alustades mõni aasta tagasi, ilmnes andmetes midagi imelikku: Loodus näis eelistavat tau-osakesi neis interaktsioonides natuke rohkem kui teisi leptoneid. See oli siiski vaevalt statistiliselt oluline, nii et neid tulemusi oli lihtne lihtsa statistilise veana ära jätta; Võib-olla polnud me lihtsalt piisavalt palju põrkeid jooksnud, et kõik tasa teha.
Kuid aastate möödudes on tulemus takerdunud, nagu juhib Hispaania Valencia ülikooli füüsik Antonio Pich selle uuringu ülevaates, mis avaldati novembris eelprintimise andmebaasis arXiv. Loodus on tau osakese eelistamise suhtes üsna jonnakas. Tulemus pole endiselt lõplik, kuid selle püsivus aastate jooksul ja läbi erinevate katsete on andnud tõelise peakraapija.
Mitte nii standardne mudel
Tüüpmudelis saavad leptonite erinevad maitsed oma ... noh, maitset ... tänu nende interaktsioonile Higgsi bosoniga: mida rohkem maitse interakteerub Higgsiga, seda suurem on selle mass. Kuid muidu loodus ei eristu nende vahel, seega ennustus, et kõik maitsed peaksid kõigis interaktsioonides ilmuma võrdselt.
Kuid kui need niinimetatud "maitse-kõrvalekalded" on tõepoolest meie universumi tegelik tunnus ja mitte ainult mõni viga andmete kogumisel, siis vajame mingil moel selgitust, miks peaks loodus hoolima rohkem tau osakese kui elektroni või müooni. Üks võimalus on, et ringi võib lennata rohkem kui ühte tüüpi Higgsi bosone - üks elektronide ja müonide masside varustamiseks ja teine tau jaoks eriti meeldiv, võimaldades sellel sagedamini interaktsioonidest välja tulla.
Teine võimalus on, et on olemas lisaosakesi, mis räägivad tau-osakestega, mida me pole veel katsetes näinud. Või on siin mingi looduse põhimõtteline sümmeetria, mis ilmneb ainult leptoni reaktsioonide sosistamise kaudu - teisisõnu, mõni uus loodusjõud, mis ilmub ainult nendes varjatud, haruldastes interaktsioonides.
Kuni tõendusmaterjali kinnitamiseni (praegu on selle erinevuse statistiline olulisus 3-sigma ümber, mis tähendab 99,3% -list tõenäosust, et see tulemus on lihtsalt häbe, samas kui osakeste füüsika "kullastandard" on 5-sigma, ehk 99,97%), ei saa me kindlalt teada. Kuid kui tõendusmaterjal tõestub, siis võiksime seda uut teadmist kasutada tavamudelist kaugema uue füüsika leidmiseks, avades võimaluse selgitada praegu seletamatut, näiteks väga varajase universumi füüsika või mis iganes tumeda ainega.
