Óriási gyorsító, apró rejtélyek
A 27 km hosszú föld alatti alagútban működő LHC feladata, hogy protonnyalábokat ütköztessen, újfajta, még nem ismert fizikai jelenségekre vadászva. S bár a Standard Modell kiválóan írja le a három alapvető kölcsönhatást – az elektromágneses, a gyenge és az erős kölcsönhatást –, mégsem tud minden kérdésre választ adni. A gravitációt például nem tartalmazza, és a sötét anyag létezését sem írja le, jóllehet ez utóbbi a világegyetem anyagának nagyjából 25 százalékát alkotja.
Pingvin-sztori és rejtélyes szétesések
Az LHC-ben létrehozott egyik kutatóprogramban, az LHCb kísérletben a tudósok főként a B-mezonok lebomlását vizsgálták. Kiderült, hogy ezek a rövid életű részecskék gyakran úgynevezett pingvin típusú folyamatokban bomlanak le – pontosabban egy kaonra, egy pionra és két múonra esnek szét –, ami a Standard Modell szerint rendkívül ritka: egymillióból csupán egy B-mezon ilyen úton bomlik le.
Az LHC szakemberei precízen megmérték a keletkező részecskék szögeit és energiáit, és több mint 650 milliárd B-mezon bomlását elemezték a 2011 és 2018 közötti időszakból. Az eredmények azt mutatják, hogy ezek a folyamatok szignifikánsan eltérnek a megszokott elméleti jóslatoktól. Ugyanakkor más, független kísérletek (mint a CMS) is hasonló eltéréseket regisztráltak, még ha kevésbé pontos mérésekkel is.
Új fizika küszöbén?
Az eltérés nagyjából négy szórásnyi a Standard Modell várakozásaihoz képest. Ebből arra lehet következtetni, hogy mindössze egy a 16 ezerhez az esélye annak, hogy ezek a mérések pusztán véletlenül mutatnak ekkora eltérést, ha a Standard Modell tökéletesen igaz lenne. Tudományos szépontból ez még nem számít végleges áttörésnek, de már elég jelentős ahhoz, hogy széles körű figyelmet kapjon.
Különösen izgalmas, hogy a pingvin-bomlások érzékenyek lehetnek olyan, eddig ismeretlen, nagyon nehéz részecskékre, amelyeket közvetlenül nem tudnánk előállítani. Ezek a rejtett részecskék közvetett módon is befolyásolhatják a bomlásokat. Hasonló módszerrel fedezték fel egykor a radioaktivitást is, bő nyolcvan évvel azelőtt, hogy az azt okozó részecskék, például a W-bozonok meglettek volna.
Még sok a kérdőjel
A mostani eredmények alapján több, új fizikát sejtető elmélet is magyarázhatná a megfigyelt anomáliákat. Egyes teóriák új Z-bozon jelenlétét vagy nehezebb, már ismert részecskék analógjait feltételezik, amelyek összekapcsolnák a leptonokat és a kvarkokat. Ugyanakkor továbbra sem jelenthető ki teljes biztonsággal, hogy a Standard Modellen túli fizika nyomára bukkantak. Különösen nehéz előre jelezni a Standard Modell egyik bonyolult részfolyamatát, az úgynevezett charming penguin folyamatokat, amelyek hatása elméletileg minimális, de teljesen még nem zárható ki.
Mérföldkő jöhet a 2030-as évekre
Az LHCb már most háromszor annyi B-mezont rögzített, mint amennyit az eddig feldolgozott adatok tartalmaztak. A következő években pedig még nagyobb adathalmaz érkezhet: a tervek szerint a 2030-as évekre akár 15-ször nagyobb adatmennyiség gyűlhet össze. Ez lehetőséget ad majd arra, hogy végérvényesen kimondjuk: új fizika sejlik fel a Standard Modell árnyékában, vagy a világegyetem még mindig a régi szabályok szerint működik.
