Surplusul de muoni îi lasă pe fizicieni să caute răspunsuri

Muonii, verii mai puternici ai electronilor, plouă prin atmosfera Pământului în număr mai mare decât se așteaptă fizicienii. Discrepanța ar putea indica pur și simplu o lacună în înțelegerea de către fizicieni a fizicii esențiale a interacțiunilor particulelor, sau poate că se întâmplă ceva neașteptat, cum ar fi crearea unei noi stări a materiei.

Când razele cosmice – protoni sau nuclee atomice care călătoresc în spațiu – intră în atmosferă la energii ultraînalte, ele lansează o cascadă de multe alte tipuri de particule, inclusiv muoni. Noile observații făcute la Observatorul Pierre Auger detectează cu aproximativ 30% mai mulți muoni decât prevăd simulările, raportează oamenii de știință pe 31 octombrie în Scrisori de revizuire fizică.

Observatorul Auger, situat în Argentina, folosește telescoape pentru a observa lumina slabă din ploile de particule din atmosferă și detectează particulele care ajung la pământ folosind rezervoare de apă. Comparând ploile de particule simulate cu datele reale și permițând o posibilă calibrare greșită a detectorilor acestora, oamenii de știință au ajuns la concluzia că numărul de muoni prezis nu se potrivește cu realitatea. Indicii despre excesul de muoni au apărut încă din anii ’90, spune fizicianul Thomas Gaisser de la Universitatea din Delaware. Dar noua măsurare este „o muncă mai bună, care confirmă excesul în comparație cu ceea ce este prezis de modele”.

Razele cosmice de ultra-înaltă energie pe care cercetătorii le-au analizat indică fizica la energii de 10 ori mai mari decât cele atinse de cel mai puternic accelerator de particule din lume, Large Hadron Collider, permițând posibil oamenilor de știință să detecteze noi fenomene. Dar, spune Spencer Klein de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley din California, „este prematur să spunem că acesta este ceva cu adevărat interesant”. El sugerează că discrepanța s-ar putea datora pur și simplu unei înțelegeri incomplete a fizicii a modului în care protonii și neutronii din interiorul unui nucleu se comportă atunci când nucleele se ciocnesc. Complexitatea acestui comportament ar putea duce la particule care, în cele din urmă, se descompun în mai mulți muoni decât se așteptau oamenii de știință în mod naiv, explicând astfel excesul.

Dar, spune fizicianul Auger Glennys Farrar de la Universitatea din New York, oamenii de știință au încercat fără succes să explice surplusul de muoni folosind fizica standard timp de mulți ani. „Acesta este într-un fel motivul cel mai convingător de a crede că ar putea exista o nouă fizică.” O explicație pe care o favorizează Farrar este un fenomen în care o nouă stare a materiei apare la energii înalte. Într-o astfel de stare, un număr mare de gluoni – particule care transmit forța nucleară puternică – se pot comporta colectiv, ca niște fotoni sincronizați într-un laser. Dacă suficientă energie este pompată de razele cosmice, gluonii ar putea „începe să-și dezvolte o viață proprie”, spune Farrar. Gluonii s-ar putea grupa apoi în particule ipotetice numite bile de lipici, care s-ar putea degrada în particule care produc mai mulți muoni.