Свијет тинејџерског, квантног царства, могао би имати омиљени укус.
Не говоримо о итти-битти конусима сладоледа, наравно. Свет честица је подељен у три табора, звани "окуси" (не питајте зашто). На пример, електрони представљају једну арому, а постоје још две честице са готово идентичним својствима, муон и тау, који имају своје властите ароме. Дуго смо сумњали - али нисмо доказали - да би сва три укуса требала бити подједнака.
Али, нажалост, године са експериментима судара почињу да сугеришу да можда није све равно.
Резултати ових експеримената и даље су прелиминарни и недовољно значајни да би тврдили чврсто откриће пукотине у библији физике честица која се зове Стандардни модел. Међутим, ако се резултати задрже, то би могло отворити врата ка разумевању свега, од тамне материје до порекла универзума. Знате, главни неријешени проблеми савремене физике.
Стандардни укуси
Стандардни модел физике честица влада врхунским успехом, успешно прелазећи тестове експеримената широм света током деценија. Ова теорија обједињује наше разумевање три од четири фундаменталне силе универзума - електромагнетизам, јака нуклеарна и слаба нуклеарна - под једним квантним транспарентом. Све речено, то је најпровјеренија теорија у цијелој науци, способна објаснити широку лепезу фундаменталних интеракција.
Другим речима, једноставно се не зајебавате са Стандардним моделом.
Па ипак, знамо да је ова слика субатомског света далеко од савршене. Само да набројимо неколико примера, то не објашњава неутринске масе нити нам даје траг о тамној материји. Велика већина физичара верује да постоји још једна, до сада непозната теорија, која обухвата све што Стандардни модел може објаснити и ствари које не може.
Сметње је то што не знамо како та теорија изгледа или која би предвиђања могла да дају. Дакле, не само да не знамо пуне одговоре на живот, универзум и све између тога, ми такође не знамо како да добијемо те одговоре.
Да би пронашли наговештаје о „бољој теорији“, истраживачи траже потрагу за било каквим несавршеностима или лажним предвиђањима стандардног модела - пукотина те теорије можда би могла отворити врата нечем већем.
Једно од многих предвиђања Стандардног модела тиче се природе лептона, који су ситне, самотне честице попут електрона или кваркова. Лептони су груписани у три класе, познате као генерације или укуса у зависности од физичара који тражите. Честице различитих укуса дијелиће сва иста својства, осим различитих маса. На пример, сви електрони, муон и тау честице имају исти електрични набој и спиновање, али муон надмашује електрон, а тау још више - имају различите укусе.
Према Стандардном моделу, ова три окуса електрона требало би да се понашају потпуно исто. Темељне интеракције треба да произведу сваку од њих са једнаком вероватноћом; природа једноставно не може препознати разлику међу њима, тако да заиста не фаворизује један укус над другим.
Када су у питању три укуса, природа користи напуљски приступ: сви они.
Леп резултат
То је, међутим, све теорија, и тако би је требало тестирати. Током година, разни експерименти, попут оних изведених у Великом хадронском сударачу у ЦЕРН-у и постројењу БаБар, у коме се фундаменталне честице разбијају у масовним сударима. Честице које су настале из тих судара могле би да дају трагове о томе како природа делује на најдубљим нивоима. А неки од ових судара дизајнирани су тако да виде да ли природи воле један укус лептона над другима.
Конкретно, једна врста честица, која се назива доњи кварк, заиста ужива у распадању у лептоне. Понекад то постане електрон. Понекад муон. Понекад тау. Али без обзира на све, сва три укуса имају једнаке шансе да изађу из олупине.
Физичари су успели да скупе стотине милиона таквих распада доњих кваркова, а почевши пре неколико година у подацима се појавило нешто чудно: Чини се да природа фаворизује тау честице у тим интеракцијама мало више од осталих лептона. Међутим, то је било једва статистички значајно, па је било лако одвалити ове резултате као пуки статистички млаз; можда, једноставно нисмо покренули довољно судара да се све изједначи.
Како су године пролазиле, резултат је заглавио, како физичар Антонио Пицх са Универзитета у Валенсији у Шпанији истиче у прегледу овог истраживања објављеном у бази података препринт арКсив у новембру. Природа изгледа прилично тврдоглаво када је у питању очигледна фаворизација тау честица. Резултат још увек није коначан, али његова упорност током година и током различитих експеримената створили су праву гребану главу.
Не-стандардни модел
У Стандардном моделу различити укуси лептона добијају свој… добро, укус… њиховим интеракцијама са Хиггсовим бозоном: Што више арома делује у интеракцији са Хиггсом, већа је и његова маса. Али у супротном природа не прави разлику између њих, отуда предвиђа да би се сви ароме требали појавити подједнако у свим интеракцијама.
Али ако су ове такозване „аномалије укуса“ заиста стварна карактеристика нашег свемира, а не само нека грешка у прикупљању података, онда нам треба неки начин да објаснимо зашто би природа требало да брине више о тау честицама него о електрону или муону. Једна је могућност да можда постоји више врста Хиггсовог бозона који лете наоколо - један за обезбеђивање масе електрона и муона, а други који је посебно омиљен у тауу, омогућавајући му чешће искакање из интеракција.
Друга могућност је да постоје додатне честице које разговарају са тау - честице које још нисмо видели у експериментима. Или можда постоји нека темељна симетрија природе која се открива само шаптом лептонских реакција - другим речима, неке нове силе природе која се појављује само у тим нејасним, ретким интеракцијама.
Док не направимо доказе (тренутно, статистичка значајност ове разлике је око 3-сигма, што представља 99,3% шансе да је овај резултат само флуке, док је "златни стандард" за физику честица 5-сигма, или 99,97%), не можемо са сигурношћу знати. Али ако се докази пооштре, потенцијално бисмо могли да употријебимо овај нови увид да пронађемо нову физику изван стандардног модела, отварајући могућност објашњења тренутно необјашњивог, као што је физика врло раног универзума или шта год се даље догађа са тамном материјом.
