Dziś ruszy znów Wielki Zderzacz Hadronów. Czy odkryje nowe prawa fizyki?

W piątek po trzyletniej przerwie zostanie uruchomiony Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider czyli LHC) w szwajcarskim ośrodku CERN pod Genewą. W jego tunelu o długości 27 kilometrów cząstki rozpędzane są do wielkich prędkości. W zderzeniach cząstek powstają inne, a to pozwala fizykom sprawdzać teoretyczne przewidywania, wyliczane z równań.

Równania, które opisują cząstki to tak zwany Model Standardowy, opracowywany do lat 70 ubiegłego wieku. Wyjaśnia wiele reguł rządzących światem cząstek. Pozwolił przewidzieć odkrycie ostatniej z nich, bozonu Higgsa, w 2012 roku.

Niestety nie tłumaczy wszystkiego - na przykład zupełnie nie wynika z niego, dlaczego dane cząstki mają akurat taką, a nie inną masę. Fizyków to irytuje i sprawia, że podejrzewają, że nie jest to model kompletny. Poza nim mogą istnieć nieznane prawa fizyki.

Na to, że są jakieś nieodkryte jeszcze prawa rządzące światem cząstek, wskazują też wyniki eksperymentów z ostatnich lat. Jednym z nich był eksperyment LHCb, który badał rozpad kwarków b (zwanych pięknymi lub dolnymi). 

Według Modelu Standardowego cząstki te powinny rozpadać się równie często na inny kwark - s (zwany dziwnym) i dwa elektrony albo na kwark s i dwa miony. Pomiary wykazały, że częściej zachodzi pierwszy rozpad, z parą elektronów - a para mionów pojawia się rzadziej. Była to znacząca różnica - zamiast stosunku 50 do 50 okazało się, że jest to 57,5 do 42,5 procent. Kwarki b rozpadają się na miony 15 procent rzadziej niż przewiduje teoria.

Fizycy mają już kilka pomysłów, dlaczego tak się dzieje. Wyjaśnienie wymaga jednak istnienia nowych cząstek, które nie zostały jeszcze odkryte. Może okazać się jeszcze, że dziwny rozpad kwarków b był tylko statystyczną anomalią. Szanse na to są jak jeden do tysiąca.

Nie jest to jednak jedyna rysa na Modelu Standardowym. Niedawno fizycy opublikowali wyniki obliczeń, z których wynika, że inna cząstka, zwana mezonem B, jest cięższa niż przewiduje to model. W tym przypadku szanse, że jest to statystyczny błąd, są znacznie mniejsze i wynoszą tylko 1 do 3,5 miliona

Stąd ciekawość fizyków, co przyniesie praca udoskonalonego Zderzacza LHC po przerwie. Zbieranie pierwszych danych potrwa kilkanaście miesięcy, ich analiza drugie tyle. Naukowcy nie spodziewają się wyników przed 2026 rokiem. Wtedy okaże się, czy w przyrodzie istnieje nieznana jeszcze siła, która przechyla rozpad kwarków na korzyść elektronów. Byłby to największy przełom w fizyce od opracowania Modelu Standardowego, czyli od ponad 60 lat.