Pohled do vnitřností experimentu LHCb. Kredit: CERN.

Mezi vědci se stále častěji a hlasitěji šušká o „nové“ nebo „exotické“ fyzice. Pro nezúčastněného pozorovatele je to docela úsměvné. Fyzikům perfektně funguje Standardní model částicové fyziky, a ti nevděčníci hledají i tu nejmenší trhlinku, skrz kterou by ho mohli rozbořit. Ale taková je věda a taková je i lidská povaha. Toužíme objevovat, bořit hranice a ve velkém stylu překonávat sami sebe.

Mitesh Patel. Kredit:
Imperial College London.

Ukazuje se ale, že přijít s exotickou fyzikou nebude jednoduché. Standardní model má tuhý kořínek a zatím odolává všemožným experimentům a rafinovaným pokusům o rozboření. Zajímavé šance na novou fyziku nabízí i Velký hadronový srážeč LHC v CERNu. Početné týmy jeho vědců zabíjely nudu při čekání na nový ostrý start vytuněného LHC po více než dvouleté přestávce a těžily v nezměrných datech posbíraných na tomto obdivuhodném stroji před jeho odstavením.

Americký experiment BaBar. Kredit: SLAC.

Jak jsme již na OSLU psali, naděje na novou fyziku se rýsuje v pozorováních rozpadů mezonů B. Tým experimentu LHC beauty (LHCb collaboration) analyzoval rozpady mezonů B v datech z let 2011 až 2012 a zjistil, že při těchto rozpadech vznikají o něco častěji tauony (tau leptony) než miony (muony). Tauony i miony jsou leptony, stejně jako elektrony. Na tyhle částice nepůsobí silná jaderná síla, přičemž miony jsou mnohem těžší než elektrony a tauony jsou učinění giganti, jejichž hmotnost dokonce téměř dvakrát předčí proton.

Standardní model praví, že navzdory citelným rozdílům ve hmotnosti by v rozpadech mezonů B mělo vznikat stejné množství tauonů a mionů. Týmu LHCb ale vychází, že při rozpadech mezonů B vzniká o něco více tauonů, než by mělo. Jejich studii by měl tento měsíc publikovat časopis Physical Review Letters.

Japonský experiment Belle. Kredit: KEK.

Proč se už fyzikálních laboratořích po celém světě divoce neslaví? Potíž je v tom, že nesrovnalost v rozpadech mezonů B, kterou pozorovali na LHCb, není statisticky významná, alespoň zatím není. Jak možná pozorní čtenáři OSLA tuší, fyzici používají poněkud záhadnou statistiku se stupni sigma, přičemž za statisticky průkazné považují výsledky, které přesáhnou 5 sigma. Pozorované rozdíly ve vzniku tauonů a mionů v rozpadech mezonů B ovšem dosahují pouhých 2,1 sigma.

Lidé týmu LHCb se svým mazlíkem. Kredit: CERN.

Má tedy vůbec smysl se takovými výsledky zabývat? Bez ohledu na to, co to vlastně reálně znamená statistická významnost a jakou má váhu – komentátoři tvrdí, že to určitě smysl má. Jde o to, že se velmi podobné anomálie objevily v datech dvou jiných experimentů – v experimentu BaBar, který běžel ve SLAC National Accelerator Laboratory v kalifornském Menlo Parku a v experimentu Belle japonské instituce KEK ve městě Tsukuba. Podle členů týmu LHCb by výsledky jednoho experimentu na úrovni 2,1 sigma sice docela dobře mohly být pouhým statistickým šumem, když ale to samé najdou ještě dva další experimenty na jiných pracovištích, které pracující s poněkud odlišnými rozpady částic, tak to prý rozhodně stojí za pozornost.

Pokud to celé není omyl, což stále není vyloučeno, jaká exotická fyzika by za tím mohla být? Jednou z možností by prý byl nový typ Higgsova bosonu, který by měl náboj a projevoval by se interakcemi s částicemi zúčastněnými v pozorovaných rozpadech mezonů B. Například supersymetrie, která stále bojuje o své místo na Slunci, předpovídá vícero typů Higgsových bosonů. Mitesh Patel, fyzik Imperial College London z týmu LHCb a jeho kolegové ale zároveň připomínají, že je to jenom jedno z možných vysvětlení. Náznaků, že by se Standardní model přece jenom mohl otřást v základech, se v dnešní době najde víc, ale tahle záležitost je momentálně mnohými považována za jednu z nejnadějnějších.

Všichni se teď každopádně těší, až se vrhnou na data získaná po spuštění vylepšeného LHC, která by mohla mnohé osvětlit. Bude to ale trvat ještě dlouho, nejspíše déle než rok. Během té doby hodlají vědci týmu LHCb trávit čas lovením podobných anomálií ve všech možných datech, k nimž se jenom dostanou. Jak Patel, jistě s výhružným úsměvem ve tváři, připomíná, Standardní model se nepohnul z místa až příliš dlouho ...


Video:  LHCb experiment @ CERN

Video:  B_s meson decaying to two muons in CMS (candidate event)

Literatura
Nature News 3. 9. 2015, arXiv:1506.08614, Wikipedia (B meson).