Przedstawiciele amerykańskiego Fermilab obrali sobie z cel miony, ponieważ cząstki elementarne odgrywają istotną rolę w funkcjonowaniu wszechświata, a jednocześnie pozostają słabo poznane. Fizycy szukają potencjalnych oznak tego, że model standardowy – czyli kluczowa teoria fizyki cząstek podstawowych – zawiera pewne nieścisłości. Byłoby to wstępem do potencjalnej rewolucji w tej dziedzinie.
Czytaj też: Szukali go prawie sto lat i wreszcie się udało. Fizycy uwiecznili “drugi dźwięk”
Ale w takim kontekście nie mamy żadnych sensacyjnych doniesień. Mówiąc krótko: wyniki pomiarów pokrywają się z tym, co można byłoby zakładać w oparciu o wspomniany model. Oznacza to brak poszlak wskazujących na istnienie nieznanej do tej pory cząstki bądź mechanizmu, który mógłby wywrócić fizykę do góry nogami.
Ale nie oznacza to, iż nie ma się czym zachwycać. O dokładnym przebiegu ostatnich eksperymentów czytamy w artykule mającym jak na razie formę preprintu. Zacznijmy od tego, że mion – z pozoru podobny do elektronu – jest od niego około 207 razy masywniejszy. Jego poruszanie się w polu magnetycznym powinno być łatwe do przewidzenia i opisane za pomocą współczynnika g.
Doniesienia o potencjalnej rozbieżności między zachowaniem mionów a przewidywaniami pochodzącymi z modelu standardowego pojawiły się w 2001 roku. Po latach udało się dokonać rekordowo szczegółowych pomiarów
W teorii jego wartość dla mionu powinna wynosić 2, ale rzeczywistość pokazała, że niekoniecznie tak jest. Albo inaczej: jest, o ile nie będziemy zbytnio wnikać w szczegóły. Gdyby jednak przyjąć odmienną taktykę, to okaże się, że faktyczna wartość w bardzo niewielkim stopniu przekracza 2. O ile? O 0,001165920705, a więc z punktu widzenia przeciętnego człowieka, o tyle, co nic. Dla fizyków jednak nawet tak minimalna różnica może być wstępem do czegoś poważniejszego.
Dokładność osiągnięta przez członków zespołu badawczego osiągnęła poziom 127 części na miliard. Gdyby zwizualizować to w nieco bardziej praktyczny sposób, to mówilibyśmy o pomiarze szerokości całych Stanów Zjednoczonych, na podstawie którego można określić, czy brakuje… ziarnka piasku. W odniesieniu do potencjalnych braków modelu standardowego ta niewielka nieścisłość wydaje się zbyt mało znacząca, aby można ją było powiązać z istnieniem niezidentyfikowanej jeszcze cząstki.
Czytaj też: W Chinach powstaje nowe laboratorium. Będzie produkować miliardy tajemniczych cząstek na sekundę
Po dwóch dekadach niepewności naukowcy uzyskali więc upragniony wgląd w sytuację. Bardzo niewielkie migotanie mionu w obecności pola magnetycznego pozostaje faktem, lecz jego skala raczej nie zwiastuje nadchodzącej rewolucji. Gdyby było inaczej, tj. fizycy namierzyliby chybotanie na większą skalę, to mówilibyśmy o zupełnie innych realiach. Ale czy fizyka potrzebuje takich “afer”? Niekoniecznie. Wszechświat ma przed naukowcami tak wiele tajemnic, iż ich badanie stanowi wielkie wyzwanie. Podważanie zasadności modelu standardowego mogłoby jeszcze bardziej skomplikować sytuację.
Szansa na realizację takiego scenariusza w kontekście mionów pojawiła się w 2001 roku. Ówczesne eksperymenty zasugerowały istnienie hipotetycznej rozbieżności między teorią a praktyką. W oparciu o dane zebrane na przestrzeni kilku lat naukowcy mogli teraz z dużą dozą prawdopodobieństwa stwierdzić, że model standardowy niemal bezbłędnie przewiduje zachowanie mionów i raczej nic nieznanego nie bierze w tym udziału.