Co je špatně na základním modelu vesmíru?
Stovky vědců spolupracovaly na přesném změření hmotnosti bosonu W, elementární částice zodpovědné za slabou jadernou sílu. Fyzici teď výsledky zveřejnili – a ke svému překvapení zjistili, že boson je hmotnější, než předpovídá Standardní model částicové fyziky. Výsledky vyšly v odborném žurnálu Science.
Nová hodnota hmotnosti bosonu W je výsledkem deseti let experimentů a výpočtů více než čtyř stovek fyziků z 54 různých institucí po celém světě. Pokusy probíhaly na obrovském detektoru srážek Tevatron v laboratoři Fermilab nedaleko Chicaga. Tento urychlovač je velký jako čtyřpatrový dům a váží 4500 tun.
Ukázalo se, že hmotnost bosonu W je 80 433 ± 9 MeV/c2, což asi osmdesátkrát víc, než je hmotnost protonu. Tento výsledek je přibližně dvakrát přesnější než u starších měření. Ale důležité je, jak zvláštní tento výsledek byl.
„Když jsme to číslo uviděli, hned jsme si řekli, že je divné,“ popsal mluvčí experimentu David Tobac. „Nastalo ticho. Nevěděli jsme vůbec, co si o tom myslet.“ To pro různá média potvrdili i další fyzici, kteří se na experimentu podíleli – natolik se zaměřili na přesnost a kvalitu analýzy, až si napoprvé nevšimli samotné hodnoty. A když ji zaznamenali, byl to pro většinu šok.
Je tedy velmi pravděpodobné, že výsledky tohoto experimentu jsou reálné – a chyba bude nejspíš někde ve Standardním modelu. Otázka je, kde. Tento model má několik slabin, nedokáže totiž například vysvětlit a popsat dva ze zásadních fenoménů vesmíru – temnou hmotu a gravitaci. Navíc už rok existují náznaky, že ani částici jménem mion Standardní model nedokázal dobře předpovědět.
Výsledky nutně neříkají, že je celý tento model úplně špatně. „Pokud se toto měření potvrdí, naznačuje možnou potřebu vylepšení výpočtu Standardního modelu nebo jeho rozšíření,“ uvedli vědci, kteří na experimentu pracovali, v tiskové zprávě. „Přestože se jedná o zajímavý výsledek, je třeba měření potvrdit dalším experimentem, aby bylo možné jej plně interpretovat,“ doplnil zástupce ředitele Fermilabu Joe Lykken.
Právě na to jsou už připravené experimenty, které budou zkoumat důsledky nového zjištění pomocí různých srážkových pokusů – budou tedy zaznamenávat srážky částic a z nich se pokusí zjistit co nejvíce informací. Stále se očekávají výsledky z detektorů ATLAS a CMS, dvou detektorů ve Velkém hadronovém urychlovači v CERNu. Právě tyto dva detektory před deseti lety pomohly nalézt Higgsův boson, takže si od těchto měření vědci hodně slibují. Ještě důležitější ale může být modernizace Velkého hadronového urychlovače (LHC), jež by měla být dokončena roku 2027.
Podle Davida Tobacka je výsledek důležitým příspěvkem k ověření přesnosti Standardního modelu. „Nyní je na komunitě teoretických fyziků a dalších experimentech, aby na to navázali a tuto záhadu vysvětlili,“ dodal. „Pokud je rozdíl mezi experimentální a očekávanou hodnotou způsobený nějakou novou částicí nebo subatomární interakcí, což je jedna z možností, je tady velká šance, že se jedná o něco, co by mohlo být objeveno v budoucích experimentech.“
Tento objev by podle něj mohl vést k vytvoření nové, úplnější teorie fungování vesmíru. „Pokud budou výsledky ověřeny dalšími experimenty, svět bude vypadat jinak,“ řekl pro BBC News. „Musí dojít ke změně paradigmatu. Je naděje, že možná právě tento výsledek bude tím, který prolomí hráz. Slavný astronom Carl Sagan řekl, že mimořádná tvrzení vyžadují mimořádné důkazy. Věříme, že je máme.“