Eksperiment koji menja fiziku: Da li su naučnici na pragu otkrića pete sile /video/

Velikan naučne fantastike i biohemičar Isak Asimov jednom prilikom je primetio kako najuzbudljivija fraza u nauci nije „Eureka!“, već: „Hmmm... ovo je neobično“. Upravo je to fraza kojom su naučnici sa CERN-a opisali rezultate merenja magnetskog dipolnog momenta miona pre više od pola veka.

Retko koja fraza je manje inspirativna od „merenje magnetskog dipolnog momenta miona“. Ipak, rezultati merenja u CERN-u nisu se poklapali sa vrednostima koje su predviđale teorije.

Kako prenosi „Jutarnji list“, slavlja ni panike ipak nije bilo, jer se odstupanje moglo objasniti i mogućom greškom pri merenju, ili čistom statističkom anomalijom.

Pouzdanost rezultata bila je daleko od „5 sigma“, odnosno pet standardnih devijacija daleko od proseka, standarda u fizici koji znači da su šanse da je rezultat statistička slučajnost manje od 1 u 3,5 miliona.

Seljenje eksperimenta

Ispitivanje su potom preuzeli američki naučnici u „Nacionalnoj laboratoriji Brukheven“. Njihov eksperiment okončan je 2001, a anomalija koju su izmerili dostigla je nivo pouzdanosti od 3,7 sigma — šansa da je rezultat bio slučajan pala je na 1,4 odsto.

Eksperiment je potom doslovno preseljen u Fermilab — ceo magnetni prsten od 14 metara koji se koristio u merenju prenesen je sa Long Ajlanda u laboratoriju nedaleko od Čikaga gde je sva oprema obnovljena i unapređena, pa je eksperiment nastavljen 2015.

Najnoviji nedavno objavljeni rezultati Fermilaba, potvrdili su postojanje anomalije i podigli pouzdanost rezultata na nivo od 4,2 sigma — verovatnoća da se radi o slučajnosti sada je samo 0,3 odsto.

Brojni fizičari izuzetno su uzbuđeni zbog ovog rezultata, jer ozbiljno ukazuje na postojanje teoretske rupe u standardnom modelu koji je do sada najpotpunija i najtačnija teorija o subatomskim česticama i fundamentalnim silama koju su fizičari razvili.

A bilo kakva anomalija u standardnom modelu sa sobom nosi nadu rešenja puno većeg problema u fizici.

Ono što je za subatomske čestice standardni model, to je za makroskopski svemir — planete, zvezde i galaksije — Ajnštajnova opšta teorija relativnosti. I jedna i druga teorija najbolje su dosad u opisivanju fenomena kojima se bave, njihova predviđanja temeljno su potvrđena eksperimentima, i prema našim saznanjima savršeno opisuju svemir u kojem se nalazimo.

„Teorija svega“

Jedini je problem je, pak, u tome što su te dve teorije u međusobnoj kontradikciji.

Naime, standardni model ne može da objasni gravitaciju, a kvantna fizika standardnog modela „ne sluša“ zakonitosti teorije relativnosti. Fizičari stoga već više od veka tragaju za „teorijom svega“, koja bi povezala kvantnu fiziku i gravitaciju, ali već decenijama manje-više tapkaju u mestu.

Mion je čestica iz porodice leptona, znatno masivniji „brat“ elektrona, s kojim deli većinu svojstva, poput električnog naboja i spina. Poput elektrona i drugih nabijenih čestica, i mion se ponaša poput magneta koji se vrti, a snaga njegovog magnetnog polja i frekvencija rotacije opisuju se takozvanim „g faktorom“.

Prema standardnom modelu, g faktor miona morao bi da bude nešto malo veći od 2, kada se pobroje sve moguće interakcije s virtualnim česticama koje predviđa standardni model.

Eksperiment na Fermilabu upravo se zato zove „Mion g-2“, jer su naučnici merili koliko je tačno g faktor miona veći od 2. Rezultat koji su dobili za g faktor miona — 2,00233184122 — za tačno 0,00116592061 veći je od onog kojeg predviđa standardni model.

​Možda se ne čini kao mnogo, ali kod svih drugih provera predviđanja standardnog modela do sada, teorija je uvek precizno pogodila konačni rezultat.

Britanski naučnik Mark Lankaster sa Univerziteta u Mančesteru, koji je učestvovao u istraživanju na Fermilabu, smatra kako je rezultat koji su dobili izuzetno značajan.

„Ovo je vrlo uzbudljivo jer potencijalno ukazuje na budućnost s novim zakonima fizike, nove čestice i novu silu koju do sada nismo videli“, rekao je Lankaster.

Lankaster i mnoge njegove kolege se nadaju da će i nova anomalija dovesti do novog teoretskog proboja — otkrića nekih dubljih, temeljnijih zakona fizike koji se skrivaju ispod standardnog modela, ili koji će barem proširiti standardni model dosad nepoznatim česticama.

Nova peta sila?

Najveća je nada fizičara otkriće nove, pete osnovne sile.

Sve se interakcije među česticama i predmetima koje smo do sada opažali mogu da se opišu kroz četiri sile — elektromagnetnu, gravitacije, jake i slabe nuklearne sile. Međutim, različite sile na različite čestice deluju na različite načine. Jedna od mogućnosti čudnog ponašanja miona jeste da on jedini od poznatih čestica poseduje svojstvo na koje, poput elektromagnetizma na naboj, deluje nova sila.

Ipak, postoje i druga, manje uzbudljiva moguća objašnjenja, koliko god malo verovatna bila. I dalje je moguće da je otkriveni signal samo statistički šum — anomalija u merenju koja se po zakonima verovatnoće kad-tad morala pojaviti u nekom eksperimentu.

Postoji, naime, mogućnost i da su teoretski proračuni predviđanja standardnog modela pogrešni ili nepotpuni, da su naučnici prevideli neke moguće interakcije virtualnih čestica koje bi mogle da objasne novi signal. Iako objektivno fizičari imaju razloga za veselje, potrebno je ipak još malo pričekati.

Tim sa Fermilaba obradio je podatke s tek šest odsto merenja koja su do sada sproveli do sada, dok ostale podatke tek treba da budu obrađene.

Oni se nadaju da će s većim brojem obrađenih merenja signal biti sve jači.