Golemo dostignuće: Naučnici blizu otkrivanja nove sile u prirodi

The Muon g-2 ring sits in its detector hall at U.S. Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) in Batavia, Illinois, U.S., in an undated handout photo. An experiment studied the wobble of subatomic particles called muons as they traveled through a magnetic field. Fermi National Accelerator Laboratory/Ryan Postel/Handout via REUTERS THIS IMAGE HAS BEEN SUPPLIED BY A THIRD PARTY

Naučnici iz laboratorija u blizini Chicaga tvrde da su bliže otkriću postojanja nove sile u prirodi.

Pronašli su još dokaza da se čestice unutar atoma koje se nazivaju mioni ne ponašaju onako kako predviđa trenutna teorija subatomske fizike. Naučnici vjeruju da bi na mione mogla utjecati neka nepoznata sila.

Bit će potrebno više podataka za potvrdu ovih rezultata, ali ako budu potvrđeni, to bi moglo označiti početak revolucije u fizici.

Sve sile koje svakodnevno doživljavamo mogu se svesti na samo četiri kategorije: gravitacija, elektromagnetizam, jaka nuklearna sila i slaba nuklearna sila. Ove četiri temeljne sile vladaju svemirom i utječu na način na koji objekti i čestice međusobno djeluju.

Novi nalazi otkriveni su u američkom pogonu za ubrzanje čestica zvanom Fermilab.

Nastavljaju se na rezultate objavljene 2021. u kojima je tim Fermilaba prvi put ostavio otvorenom mogućnost pete sile u prirodi. Od tada je istraživački tim prikupio više podataka i smanjio nesigurnost svojih mjerenja za faktor dva, prema dr. Brendanu Caseyju, višem znanstveniku u Fermilabu.

“Stvarno smo ušli u potpuno novi teritorij. Određujemo rezultate mjerenja s većom preciznošću nego ikad prije.”

U eksperimentu zvučnog naziva ‘g minus dva (g-2)’, istraživači ubrzavaju subatomske čestice zvane mioni oko prstena promjera 15 metara, gdje se vrte 1000 puta, gotovo brzinom svjetlosti. Istraživači su otkrili da bi se mogli ponašati na načine koji se ne mogu objasniti trenutnom teorijom, nazvanom Standardni model, zbog utjecaja neke nove sile u prirodi.

Iako su dokazi jaki, tim Fermilaba još nema nedvosmislenu potvrdu za to.

Nadali su se da će je do sada imati, ali neizvjesnosti o tome što standardni model predviđa za količinu drhtavih miona povećale su se zbog napretka u teorijskoj fizici. U biti, promijenila su se pravila igre za eksperimentalne fizičare.

Istraživači vjeruju da će dobiti podatke koji su im potrebni te da će se za dvije godine teorijska nesigurnost dovoljno suziti za postizanje zadanog cilja.

Međutim, rivalski tim iz europskog Velikog hadronskog sudarača (LHC) nada se da će to postići prvi. (Velik jer je najveći eksperiment u fizici čestica, sudarač jer sudara snopove čestica, a hadronski jer sudara hadrone – protone i jezgre olova. Izgradio ga je CERN.)

Dr. Mitesh Patel s Imperial Collegea u Londonu jedan je od tisuća fizičara na Velikom hadronskom sudaraču koji pokušavaju pronaći nedostatke u Standardnom modelu.

Rekao je za BBC da će prvi ljudi koji otkriju da eksperimentalni rezultati ne odgovaraju Standardnom modelu dovesti do jednog od najvećih otkrića u fizici svih vremena.

“Mjerenje ponašanja koje se ne slaže s predviđanjima Standardnog modela je sveti gral fizike čestica”, rekao je. “To bi bio pucanj iz startnog pištolja koji bi pokrenuo revoluciju u našem dosadašnjem razumijevanju, jer je model izdržao sve eksperimentalne testove više od 50 godina”, dodao je.

Fermilab kaže da će njihov sljedeći skup rezultata biti “konačni obračun” između teorije i eksperimenta koji bi mogao otkriti nove čestice ili sile.

Dakle, što je standardni model i zašto je dobivanje rezultata eksperimenta koji se ne podudara s njegovim predviđanjima tako velika stvar?

Sve u svijetu oko nas sastoji se od atoma – koji se sastoje od manjih čestica. One međusobno djeluju kako bi stvorile četiri sile u prirodi: elektricitet i magnetizam (elektromagnetizam), dvije nuklearne sile i gravitaciju.

model predviđa njihovo ponašanje i to radi savršeno već 50 godina, bez ijedne greške.

Mioni su slični elektronima koji kruže oko atoma i odgovorni su za električnu struju, ali su 200 puta veći. U eksperimentu su natjerani da vibriraju uz pomoć snažnih, supravodljivih magneta.

Rezultati su pokazali da su mioni podrhtavali brže nego što je standardni model tvrdio da bi trebali.

Profesor Graziano Venanzoni sa Sveučilišta u Liverpoolu, jedan od vodećih istraživača na projektu, rekao je za BBC da bi ga mogla uzrokovati nepoznata nova sila.

“Mislimo da bi mogla postojati neka druga sila, nešto čega do sada nismo bili svjesni. To je nešto drugo, što mi zovemo ‘peta sila'”, kazao je.  “To je nešto drugačije, nešto što još ne znamo, ali bi trebalo biti važno, jer govori nešto novo o Svemiru”, dodao je.

Ako se potvrdi, predstavljat će vjerojatno jedno od najvećih otkrića u posljednjih sto godina od Einsteinove teorije relativnosti. To je zato što peta sila i sve čestice povezane s njom nisu dio Standardnog modela fizike elementarnih čestica.

Istraživači znaju da postoji ono što nazivaju “fizikom izvan standardnog modela”, jer trenutna teorija ne može objasniti mnoge stvari koje astronomi promatraju u svemiru.

To uključuje činjenicu da se galaksije nastavljaju brzo udaljavati jedna od druge nakon Velikog praska koji je stvorio Svemir, umjesto da usporavaju. Znanstvenici kažu da ubrzanje pokreće nepoznata sila koja se naziva tamna energija.

Galaksije se također okreću brže nego što bi trebale, na temelju našeg znanja o tome koliko materijala sadrže. Istraživači vjeruju da je to zbog nevidljivih čestica zvanih tamna tvar, koje također nisu dio Standardnog modela.

Rezultati su objavljeni u časopisu Physical Review Letters.