Νύξεις εξωτικών νέων σωματιδίων εξασθενούν στον μεγαλύτερο θρυμματιστή ατόμων στον κόσμο
ΣΙΚΑΓΟ, ΙΛΙΝΟΙΣ— Οι ελπίδες των σωματιδιακών φυσικών διαψεύστηκαν. Πριν από οκτώ μήνες, πειραματιστές που εργάζονταν με τον μεγαλύτερο σπαστήρα ατόμων στον κόσμο—τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο Ευρωπαϊκό εργαστήριο φυσικής σωματιδίων, CERN, στην Ελβετία—ανέφεραν υπαινιγμούς για το πρώτο εντελώς απροσδόκητο νέο σωματίδιο εδώ και δεκαετίες, ένα που θα μπορούσε να απαιτούσε ξανασκεφτείτε την επικρατούσα θεωρία των θεμελιωδών σωματιδίων και δυνάμεων. Τώρα, ωστόσο, οι φυσικοί στο LHC έχουν συλλέξει και αναλύσει περίπου τετραπλάσια δεδομένα από ό,τι τον περασμένο Δεκέμβριο. Και με αυτά τα επιπλέον δεδομένα, τα σημάδια του νέου σωματιδίου έχουν εξαφανιστεί ως απλές στατιστικές διακυμάνσεις, ανέφεραν οι ερευνητές εδώ σήμερα σε μια διάσκεψη.
«Δεν εκπλήσσομαι», λέει η Beate Heinemann, πειραματίστρια στο γερμανικό εργαστήριο Electron Synchrotron στο Αμβούργο που εργάζεται στη συσκευή A Toroidal LHC (ATLAS), έναν από τους τέσσερις τεράστιους ανιχνευτές σωματιδίων που τροφοδοτούνται από τον LHC μήκους 27 χιλιομέτρων. "Πάντα πίστευα ότι οι πιθανότητες ήταν μικρότερες από 5% να αντέξει."
Ένα νέο σωματίδιο θα ενθουσιάσει τους φυσικούς. Για σχεδόν 40 χρόνια η επικρατούσα θεωρία των θεμελιωδών δυνάμεων και των δομικών στοιχείων της φύσης, το τυπικό μοντέλο, ήταν απίστευτα επιτυχημένη, αλλά τελικά λείπει. Δεν λαμβάνει υπόψη τη βαρύτητα, για παράδειγμα. Ωστόσο, η θεωρία εξηγεί όλα όσα φαίνονται στους θρυμματιστές ατόμου—συμπεριλαμβανομένου του φημισμένου μποζονίου Χιγκς, του τελευταίου σωματιδίου στον κατάλογο των τυπικών μοντέλων, το οποίο ανακαλύφθηκε στο LHC το 2012. Εμποδισμένοι από τη δική τους επιτυχία, οι περισσότεροι φυσικοί σωματιδίων ελπίζουν να δουν κάποια νέα και απρόβλεπτο σωματίδιο που μπορεί να τους οδηγήσει σε μια βαθύτερη θεωρία.
Οι υπαινιγμοί τον περασμένο Δεκέμβριο έδειχναν ακριβώς ένα τέτοιο απρόβλεπτο σωματίδιο. Φαινόταν να διασπάται σε ένα ζεύγος φωτονίων υψηλής ενέργειας, κάτι που είναι ένας τρόπος με τον οποίο διασπάται το μποζόνιο Higgs. Ωστόσο, το υποτιθέμενο νέο σωματίδιο φαινόταν να είναι πολύ βαρύτερο, ζυγίζοντας 800 φορές περισσότερο από ένα πρωτόνιο, ενώ το Higgs ζυγίζει περίπου 133 φορές περισσότερο, είπαν οι πειραματιστές του ATLAS. Το πιο δελεαστικό είναι ότι οι ερευνητές που εργάζονταν με το Compact Muon Solenoid (CMS), έναν άλλο από τους ανιχνευτές που τροφοδοτούνται από τον LHC, φάνηκαν να βλέπουν αντίστοιχα, αν και πιο αδύναμα, στοιχεία του σωματιδίου. Τα αποτελέσματα προκάλεσαν σάλο γιατί όταν ανακαλύφθηκε το Higgs, άρχισε να αναδύεται με τον ίδιο τρόπο, εμφανίζοντας πρώτα ως μια μικρή περίσσεια σωματιδίων που διασπώνται σε δύο φωτόνια που φαίνονται τόσο από το ATLAS όσο και από το CMS.
Ωστόσο, υπήρχαν λόγοι να αμφιβάλλουμε ότι υπήρχε ένα νέο σωματίδιο εκεί. Για παράδειγμα, οι φυσικοί δεν είδαν στοιχεία για τη διάσπαση του σωματιδίου στους άλλους συνδυασμούς σωματιδίων τυπικού μοντέλου στα οποία διασπάται το Higgs, επομένως δεν θα μπορούσε απλώς να είναι μια βαρύτερη εκδοχή του Higgs. Αντίθετα, θα απαιτούσε μια πολύ πιο περίπλοκη εξήγηση. Επιπλέον, ο LHC λειτούργησε από το 2010 έως τις αρχές του 2013 πριν κλείσει για 2 χρόνια για επισκευές για να σχεδιάσει ελαττώματα που είχαν περιορίσει την ενέργειά του και οι φυσικοί δεν είχαν δει κανένα στοιχείο για το σωματίδιο κατά τη διάρκεια αυτής της πρώτης εκτέλεσης. Ωστόσο, η πιθανότητα κάτι καινούργιου δέχθηκε τους θεωρητικούς, οι οποίοι άντλησαν σχεδόν 400 πιθανές εξηγήσεις για το νέο σωματίδιο στον διαδικτυακό διακομιστή προεκτύπωσης του arXiv.org.
Δυστυχώς γι' αυτούς, το σωματίδιο απλώς δεν υπάρχει στα νέα δεδομένα, ανέφεραν σήμερα ερευνητές του CMS και του ATLAS στο διετές Διεθνές Συνέδριο για τη Φυσική Υψηλής Ενέργειας. Αυτό υποδηλώνει ότι τα σήματα αδελφοποιημένων φωτονίων ήταν απλώς στατιστικές αιχμές — που παρήχθησαν από ζεύγη τυχαίων, άσχετων φωτονίων στους ανιχνευτές τους. Η φυσική στατιστική διακύμανση απαιτεί από καιρό σε καιρό, η καθαρή τύχη να οδηγεί σε αυτό. «Ήταν ένα μικρό εφέ, και θα το έχετε από καιρό σε καιρό», λέει ο Kenneth Bloom, ένας πειραματιστής στο Πανεπιστήμιο της Νεμπράσκα στο Λίνκολν, ο οποίος εργάζεται στο CMS. Ο Bloom λέει ότι το γεγονός ότι το σωματίδιο δεν φάνηκε ποτέ να διασπάται σε άλλους συνδυασμούς σωματιδίων υποδηλώνει ήδη ότι "δεν υπήρχε ποτέ τίποτα εκεί."
Τα μηδενικά αποτελέσματα δημιούργησαν επίσης μια από τις πιο χιουμοριστικές καταστάσεις στη συνάντηση. Αμέσως μετά τις συνομιλίες στις οποίες οι πειραματιστές είπαν ότι το υποτιθέμενο σωματίδιο δεν υπήρχε, πέντε διαφορετικοί θεωρητικοί εξήγησαν εκ περιτροπής τι μπορεί να είναι το σωματίδιο.
Ωστόσο, λέει ο Bloom, όλο το επεισόδιο θα είναι χρήσιμο. Οι ερευνητές συλλέγουν τώρα σε μια εβδομάδα τόσα δεδομένα όσα συνέλεξαν όλο το περασμένο έτος, και ελπίζουν ότι θα υπάρξει κάτι νέο σε αυτό το torrent. "Την επόμενη φορά που θα δούμε κάτι απροσδόκητο", λέει ο Μπλουμ, "αν αντέξει, θα είμαστε ακόμα καλύτεροι στο να εξηγήσουμε τι είναι."
*Διόρθωση, 5 Αυγούστου, 2:27 μ.μ.: Αυτή η ιστορία έχει ενημερωθεί για να αντικατοπτρίζει τον σωστό ρυθμό με τον οποίο συλλέγει τώρα δεδομένα ο LHC.
