Modelul Standard al fizicii particulelor, cel care descrie toate particulele pe care le cunoaştem şi modul în care acestea interacţionează între ele, a primit o nouă confirmare odată cu descoperirea bosonului Higgs din anul 2012. În prezent, noile măsurători experimentale din cadrul Large Hadron Collider cu privire la dezintegrările rare susţin acest model teoretic, dar, de asemenea, sugerează câteva modalităţi prin care putem înţelege fizica de dincolo de Modelul Standard.

Modelul Standard este prețuit de către fizicieni deoarece cu ajutorul acestuia se pot explica cele mai multe dintre fenomenele fundamentale din natură prin intermediul unui număr mic de particule elementare.

Particulele elementareParticulele elementare în conformitate cu Modelul Standard. Credit: wikimedia CC BY 3.0

Printre aceste particule se numără quarcurile şi leptonii (particule similare electronilor) împreună cu antiparticulele lor care sunt identice, dar au o sarcină electrică contrară. Modelul Standard include, de asemenea, particulele purtătoare de forţă (fotonii, gluonii, bosonii W și Z) şi bosonul Higgs.

Acest model teoretic este remarcabil de cuprinzător şi de precis, mai ales având în vedere relativa sa simplitate şi multitudinea de fenomene, foarte diferite între ele, care se pot explica cu ajutorul lui cu o precizie uimitoare.

Chiar și Soarele are pete…

Modelul Standard nu este însă perfect. De exemplu, el nu include gravitația. De asemenea, particulele elementare pe care le descrie atât de precis formează doar 4% din materia din Univers. Restul este reprezentat de aşa-numita „materie întunecată” a cărei compoziție încă nu o ştim. Acesta este unul dintre motivele pentru care oamenii de știință se îndoiesc că Modelul Standard poate fi cu adevărat „teoria totului”.

De ceva timp, fizicienii caută cu insistență orice fenomene fizice care se abat de la predicțiile Modelului Standard, deoarece acestea ar putea oferi indicii sau sugestii cu privire la fizica de dincolo de Modelul Standard. Orice descoperire experimentală de acest fel ar putea ajuta la testarea teoriilor din afara Modelului Standard. Printre acestea se numără teoria supersimetriei (care presupune că particulele modelului standard au câte un partener mult mai greu) şi teoria corzilor (care reprezintă o încercare de a reconcilia mecanica cuantică și relativitatea generală).

Până în prezent Modelul Standard a trecut cu succes testele pe care fizicienii le-au efectuat asupra sa.

Cu toate acestea, această constatare este posibil să se schimbe în curând. Două echipe de cercetare care lucrează la LHC în cadrul laboratorului de fizica particulelor al CERN de lângă Geneva au măsurat dezintegrarea mezonilor B. Una dintre echipe a utilizat detectorul Compact Muon Solenoid şi o alta a utilizat detectorul LHCb. Mezonii B sunt particule ciudate formate dintr-un quarc şi un antiquarc. Cercetătorii s-au concentrat asupra a două tipuri diferite de particule: mezonul B „neutru” şi mezonul B „ciudat”.

Detectorul Compact Muon SolenoidImensul detector CMS utilizat pentru măsurarea miuonilor. Credit: CERN

Toţi mezonii B au o durată scurtă de viaţă şi ei se dezintegrează spontan într-o mulţime de alţi mezoni. În acest experiment cercetătorii au analizat în special dezintegrările mezonilor B în perechi de miuoni.

Aceste dezintegrări sunt deosebit de interesante deoarece se pot calcula cu precizie probabilităţile lor de apariţie pe baza Modelului Standard. Din punct de vedere experimental, miuonii sunt relativ uşor de detectat şi ei pot fi măsuraţi cu o precizie ridicată.

Punctul de plecare pentru teoria totului

În conformitate cu Modelul Standard, în medie aproximativ patru mezoni dintr-un miliard de mezoni B ciudat se dezintegrează într-o pereche muon-antimuon (în loc de alte particule). Pentru mezonul B neutru acest număr este chiar mai mic, aproximativ unul din zece miliarde. Acestea sunt într-adevăr valori foarte mici şi astfel se explică de ce experimentele efectuate în trecut nu au reuşit să detecteze aceste dezintegrări.

Noile experimente au reuşit să surprindă aceste dezintegrări şi să măsoare probabilităţile lor de apariţie. Acestea au arătat faptul că în timp ce mezonul B ciudat se dezintegrează în miuoni într-un ritm identic cu cel prezis de Modelul Standard, mezonul B neutru se dezintegrează în miuoni de patru ori mai frecvent decât este prezis de Modelul Standard, deşi precizia în acest caz este mai mică.

Lumea cuanticăReprezentare artistică a lumii cuantice: microcosmos, moleculă, atom, antimaterie.

Aceasta este o descoperire importantă și diferitele teorii din afara Modelului Standard prezic probabilități de dezintegrare mai mari. Datorită acestor rezultate se vor putea elimina unele dintre teoriile din afara Modelului Standard. Acest lucru este esențial pentru ca într-o zi să se elaboreze o nouă teorie a totului.

Traducere şi adaptare după New Discovery in Particle Physics Raises Hope for a „Theory of Everything”