Цього літа в Чикаго, з 3 по 10 серпня, теоретики та фізики-експериментатори з усього світу братимуть участь у Міжнародній конференції фізики високих енергій (ICHEP). Один з найважливіших моментів цієї конференції походить з лабораторій CERN, де фізики частинок демонструють безліч нових даних, отриманих на сьогодні великим адронним колайдером (LHC) цього року.
Але серед усіх хвилювань, які випливають із того, що можна зазирнути до більш ніж 100 останніх результатів, також слід було поділитися деякими поганими новинами. Завдяки всім новим даним, наданим LHC, шанс виявити нову елементарну частинку - можливість, яка почала з'являтися, ймовірно, вісім місяців тому - тепер згасла. Шкода, бо існування цієї нової частинки було б новаторським!
Вказівки на цю частинку вперше з'явилися ще в грудні 2015 року, коли групи фізиків, які використовували два детектори частинок CERN (ATLAS і CMS), відзначили, що зіткнення, здійснені LHC, дають більше пар фотонів, ніж очікувалося, і з комбінованою енергією від 750 гігаелектронвольт. Хоча найімовірнішим поясненням був статистичний потік, існувала ще одна вражаюча можливість - вони бачили докази нової частинки.
Якщо ця частинка насправді була реальною, то, швидше за все, це буде більш важка версія бозона Хіггса. Ця частинка, яка надає іншим елементарним частинкам свою масу, була відкрита в 2012 році дослідниками CERN. Але хоча відкриття бозона Хіггса підтвердило Стандартну модель фізики частинок (яка була науковою конвенцією протягом останніх 50 років), можливе існування цієї частинки було невідповідним їй.
Ще одна, можливо, ще більш захоплююча теорія полягала в тому, що частинка була давно затребуваним гравітроном, теоретичною частинкою, яка виступає "носієм сили" для сили тяжіння. Якби це справді було це частинка, тоді вчені нарешті зможуть пояснити, як загальна відносність і квантова механіка йдуть разом - те, що ухиляється від них протягом десятиліть і гальмує розвиток Теорії всього (ТЗ).
З цієї причини в науковому співтоваристві спостерігається неабиякий ступінь збудження, на цю тему підготовлено понад 500 наукових праць. Однак завдяки величезній кількості даних, наданих за останні кілька місяців, дослідники ЦЕРН були вимушені оголосити в п’ятницю на ICEP 2016, що нових доказів частинки не було.
Результати представили представники команд, які вперше помітили незвичні дані минулого грудня. Детектором ATLAS CERN, який вперше зазначив пари фотонів, був Бруно Ленці. Тим часом К'яра Ровеллі, яка представляє конкуруючу команду, яка використовує компактний муонний соленоїд (CMS), яка підтвердила показання.
Як показали вони, показання, які вказували на удар фотонських пар у грудні минулого року, з тих пір перейшли у рівну лінію, усуваючи будь-які сумніви щодо того, чи це був фальш. Однак, як Тізіано Кампорес - речник C.M.S. - цитував видання Нью-Йорк Таймс як говорили напередодні оголошення, командам завжди було зрозуміло, що це не є ймовірною можливістю:
"Ми нічого не бачимо. Насправді навіть невеликий дефіцит є саме в цей момент. Це невтішно, оскільки про це було зроблено так багато шуму. [Але] ми завжди були дуже круті з цього приводу ».
Про ці результати також було зазначено у документі, представленому C.M.S. команда того ж дня. І лабораторії CERN повторили цю заяву в нещодавньому прес-релізі, в якому було розглянуто останнє перевезення даних, яке було представлено на ICEP 2016:
"Зокрема, інтригуючий натяк на можливий резонанс розпаду 750 GeV на пари фотонів, що викликало значний інтерес за даними 2015 року, не з’явився в набагато більшому наборі даних за 2016 рік і, таким чином, видається, що це статистичне коливання".
Це була все невтішна новина, оскільки відкриття нової частинки могло пролити світло на багато питань, що виникали внаслідок відкриття бозона Хіггса. З тих пір, як це вперше спостерігалось у 2012 році, а згодом підтверджено, вчені намагаються зрозуміти, як це таке, що саме те, що надає іншим частинкам свою масу, може бути настільки «легким».
Незважаючи на те, що була найважчою елементарною частинкою - масою 125 мільярдів вольт електронів, квантова теорія передбачала, що бозон Хіггса повинен був бути в трильйони разів важчим. Щоб пояснити це, фізики-теоретики цікавились, чи насправді є якісь інші сили, які утримують масу бозона Хіггса в страху - тобто якісь нові частинки. Хоча поки що не виявлено нових екзотичних частинок, результати поки що обнадіюють.
Наприклад, вони показали, що експерименти з ЛГК вже зафіксували приблизно в п’ять разів більше даних за останні вісім місяців, ніж у минулому році. Вони також запропонували вченим уявити, як субатомні частинки поводяться при енергіях 13 трильйонів електронвольт (13 ТеВ), нового рівня, досягнутого минулого року. Цей енергетичний рівень став можливим завдяки модернізації, проведеній на LHC під час його дворічного перерви; до цього він функціонував лише на половину потужності.
Іншою справою, якою варто похвалитися, було те, що LHC перевершив усі попередні рекорди продуктивності минулого червня, досягнувши максимальної яскравості в 1 мільярд зіткнень в секунду. Можливість проводити експерименти на цьому енергетичному рівні та залучати до цього безліч зіткнень, дала дослідникам LHC достатньо великий набір даних, що вони здатні проводити більш точні вимірювання процесів Standard Model.
Зокрема, вони зможуть шукати аномальні взаємодії частинок при високій масі, що є непрямим випробуванням для фізики за межами стандартної моделі - конкретно нових частинок, передбачених теорією суперсиметрії та інших. І хоча вони ще не виявили будь-яких нових екзотичних частинок, результати поки що обнадіюють, головним чином тому, що вони показують, що LHC дає більше результатів, ніж будь-коли.
І хоча виявлення чогось, що могло б пояснити питання, що виникають у зв'язку з відкриттям бозонів Хіггса, було б серйозним проривом, багато хто погоджується, що просто надто рано здійснити наші сподівання. Як сказала Фабіола Джанотті, генеральний директор CERN:
"Ми тільки на початку подорожі. Прекрасна продуктивність прискорювача LHC, експериментів та обчислювальних тіл надзвичайно вдало для детального та всебічного вивчення декількох енергетичних шкал TeV та значного прогресу в нашому розумінні фундаментальної фізики. "
На даний момент, здається, нам усім доведеться набратися терпіння і чекати, коли буде досягнуто більше наукових результатів. І всі ми можемо потішитись тим, що, принаймні поки що, Стандартна модель все ще видається правильною. Зрозуміло, що немає ніяких скорочень, коли йдеться про з'ясування того, як працює Всесвіт і як всі його основні сили з'єднуються між собою.
