Datele de coliziune sugerează noi particule subatomice neașteptate

O mână de măsurători ale particulelor în descompunere au părut ușor neregulate de ani de zile, ii intrigă pe fizicieni. Acum, o nouă măsurare a dezintegrarii la Large Hadron Collider din Geneva a amplificat acest interes într-un entuziasm provizoriu, fizicienii teoreticieni propunând că noi particule ciudate ar putea explica rezultatele. Oamenii de știință cu experimentul LHCb au raportat noul rezultat pe 18 aprilie într-un seminar la laboratorul european de fizică a particulelor CERN, care găzduiește LHC.

„Este incredibil de interesant”, spune fizicianul teoretician Benjamin Grinstein de la Universitatea din California, San Diego. Noua măsurare este „un indiciu suplimentar că se întâmplă ceva nou și neașteptat în interacțiuni fundamentale”.

Alți fizicieni sunt însă mai precauți, punând pariu că seria de indicii nu va duce la o nouă descoperire. „Ar trebui să rămâi întotdeauna suspicios față de un efect care nu apare într-un mod clar” în orice măsurătoare individuală, a scris Carlos Wagner de la Universitatea din Chicago într-un e-mail.

Luate izolat, niciuna dintre măsurători nu depășește nivelul care poate fi explicat printr-o fluctuație statistică, ceea ce înseamnă că discrepanțele ar putea dispărea cu ușurință cu mai multe date. Dar, spune fizicianul teoretician David London de la Universitatea din Montreal, există mai multe indicii independente, „și toate par să indice ceva”.

Toate măsurătorile implică o clasă de particule numită mezon B, care poate fi produsă atunci când protonii sunt zdrobiți împreună în LHC. Când un mezon B se descompune, poate produce un tip de particulă numită kaon care este însoțită fie de un electron și un pozitron (o versiune antimaterie a unui electron), fie de un muon – vărul mai greu al electronului – și un antimuon.

Conform teoriilor acceptate de fizicieni, muonii și electronii ar trebui să se comporte în esență identic în afară de efectele maselor lor diferite. Aceasta înseamnă că cele două tipuri de particule ar trebui să aibă o șansă egală de a fi produse în astfel de descompunere a mezonului B. Dar în noul rezultat, oamenii de știință au descoperit doar aproximativ șapte descompunere cu muoni pentru fiecare 10 cu electroni.

Există mai multe varietăți de mezoni B. Toate sunt formate dintr-un cuarc – un tip de particulă fundamentală care formează și protoni și neutroni – și un antiquarc. Una dintre cele două particule este un tip numit quarc (sau antiquarc) „de jos”, de unde și numele mezonului B.

Măsurătorile anterioare ale unei alte varietăți de dezintegrare a mezonului B au găsit, de asemenea, o lipsă de muoni. Mai mult decât atât, măsurătorile unghiurilor la care sunt emise particulele în unele tipuri de dezintegrare a mezonului B par, de asemenea, ușor deplasate, adăugând sentimentul că se poate întâmpla ceva amuzant în astfel de dezintegrari.

„Suntem încântați de cum [the measurements] toate par să se potrivească”, spune purtătorul de cuvânt al LHCb Guy Wilkinson, un fizician experimental la Universitatea Oxford din Anglia. Dacă mai multe date confirmă că mezonii B se comportă greșit, o explicație probabilă ar fi o nouă particulă care interacționează diferit cu muonii decât cu electronii. O astfel de particulă ar putea fi un leptoquark – o particulă care acționează ca o punte între quarci și leptoni, clasa de particule care include electroni și muoni. Sau ar putea fi o particulă grea, neutră din punct de vedere electric numită boson Z-prim.

Fizicienii au generat o agitație similară în 2016, când experimentele ATLAS și CMS de la LHC au văzut indicii ale unei potențiale noi particule care s-a degradat la doi fotoni (SN: 28.5.16, str. 11). Acele indicii s-au evaporat cu mai multe date, iar anomaliile actuale ar putea face la fel. Deși cele două seturi de măsurători sunt foarte diferite, spune Wolfgang Altmannshofer de la Universitatea din Cincinnati, „din punctul de vedere al entuziasmului general, aș spune că cele două lucruri sunt aproximativ comparabile”.

Din fericire, oamenii de știință LHCb au încă mult mai multe date de cercetat. Cercetătorii au folosit ciocniri de particule doar dinainte de 2013, când LHC rula cu o energie mai mică decât este acum. „Trebuie să ne întoarcem la mașină și să încercăm să analizăm mai multe din datele pe care le avem”, spune Wilkinson. Rezultatele actualizate ar putea fi gata în aproximativ o jumătate de an, spune el, și ar trebui să permită o concluzie mai definitivă.