Bozon W jest za ciężki. Czy to przełom w fizyce?
Nowe pomiary cząstki zwanej bozonem W wskazują, że jest cięższa, niż wskazywały poprzednie eskperymenty. Fizycy są w kropce, ale i mają nadzieję na przełom.
Bozon W to jedna z cząstek przenoszących oddziaływanie słabe. To właśnie ono odpowiada za rozpad promieniotwórczy beta (w którym a tomowym jądrze neutron zamienia się w proton lub odwrotnie). Dzięki niemu jest też możliwe fuzja termojądrowa wodoru w hel w gwiazdach.
Jest dla fizyków ważny, nic więc dziwnego, że starają się obliczyć jak najdokładniej jego masę. Trzy poprzednie pomiary wykonane od czasu odkrycia bozonu W (w 1983 roku) do tej pory się ze sobą zgadzały i wskazywały 80,379 GeV (gigaelektronowoltów).
Teraz nowe analizy wskazały, że jest jednak cięższy i ma 80,4335 GeV. Wartość ta pochodzi z danych ze zderzacza cząstek Tevatron w amerykańskim stanie Illinois. Choć różnica nie wydaje się wielka, dla fizyków jest znacząca.
To byłoby największe odkrycie w fizyce od czasów modelu standardowego, czyli od 60 lat
Szanse na to, że ta wartość jest wynikiem błędu statystycznego, wynoszą tylko 1 do 3,5 miliona (5 sigma). Jeszcze gorzej sprawa przedstawia się, gdy wyliczoną masę bozonu W porównać z przewidywaniami modelu standardowego, opisującego wszystkie fizyczne cząstki. Wtedy szanse, że jest to błąd, wynoszą już tylko 1 do 750 miliardów (7 sigma).
Model standardowy opisujący cząstki jest niedoskonały
Co to oznacza? Model standardowy od dawna uważany jest za niedoskonały. Nie tłumaczy, z czego może składać się ciemna materia, która odpowiada za większość masy galaktyk w kosmosie. Nie tłumaczy też, dlaczego brakuje w nim antymaterii - teoretycznie w Wielkim Wybuchu powinno powstać tyle samo cząstek co antycząstek.
Modelu standardowego nie da się też łatwo połączyć z teorią grawitacji. Wszystko to wskazuje, że jest niekompletny. Dziwna, zbyt wysoka masa bozonu W to nadzieja dla fizyków, że może być jednym z elementów nowej układanki. Jakiej, jeszcze nie wiadomo.
Potwierdzenie nadmiaru masy bozonu W będzie trudne
Zbadanie masy bozonu W to jeden z trudniejszych pomiarów w fizyce. Cząstka ta bardzo szybko rozpada się na elektron i neutrino elektronowe (lub cięższy mion i neutrino mionowe). Neutrina zaś przenikają przez materię bez śladu.
Nadzwyczajne twierdzenia wymagają nadzwyczajnych dowodów. My je mamy - prof David Toback, Fermi Laboratory
Stąd też autorzy pracy liczyli wszystko skrupulatnie przez ponad 10 lat (odkąd w 2011 roku Tevatron wyłączono). Naukowcy, mimo że publikują swoje wyniki w prestiżowym "Science", zdają sobie sprawę, że ich badania będą podważane.
Z tego samego powodu stwierdzenie dlaczego różne eksperymenty wskazują na różne masy bozonu W nie będzie łatwe. Jeśli jednak zostanie potwierdzone, będzie to największy przełom od czasu, gdy model standardowy został w fizyce zaproponowany - czyli od ponad 60 lat.
