Pred pár dňami experiment LHCb (Large Hadron Collider beauty) [1] z CERN-u zverejnil nové výsledky [2,3,4]. Tie môžu predstavovať prvý signál novej fyziky za Štandardným modelom [5], ktorý už takmer 50 rokov úspešne opisuje fyziku mikrosveta. V čom spočíva nesúlad nameraných dát so Štandardným modelom?
Štandardný model predpovedá aké elementárne častice sa v prírode vyskytujú, ale tiež veľmi presne popisuje interakcie medzi nimi. Zaujímavou vlastnosťou modelu (a nášho sveta) je, že častice hmoty sa v ňom nachádzajú v troch generáciách. Napríklad, okrem dobre známeho elektrónu existujú aj jeho ťažšie verzie: mión a tau-leptón. Štandardný model predpovedá, že tieto tri častice sa líšia iba hmotnosťou, sila interakcií je rovnaká (univerzálna) pre všetky generácie. Táto vlastnosť modelu sa nazýva univerzalita leptónovej vône (z angl. lepton flavour universality) [6], pričom viaceré experimenty overujú jej platnosť [7].
Experiment LHCb skúma rozpady B-mezónov, pričom v najnovšej analýze boli merané dva veľmi podobné rozpady týchto častíc. V jednom z nich vzniká pár elektrón + pozitrón (antičastica k elektrónu), zatiaľ čo v druhom vzniká pár mión + antimión. Štandardný model predpovedá, že pravdepodobnosť týchto dvoch rozpadov je takmer úplne rovnaká práve kvôli univerzalite leptónovej vône. Inak povedané, očakávaný pomer pravdepodobností je veľmi blízky jednotke. Prekvapivým a zároveň vzrušujúcim výsledkom je najnovšia nameraná hodnota pomeru: 0.846 ± 0.044, ktorá je výrazne odlišná od predpovede.
Znamená to, že experiment LHCb našiel signál novej fyziky? Krátka odpoveď znie: zatiaľ nie. Pri potenciálne revolučných výsledkoch musíme byť veľmi opatrní a podrobne ich preveriť z viacerých strán pred tým, než prehlásime, že Štandardný model je prekonaný. V minulosti boli totiž viaceré nádejné signály novej fyziky spôsobené buď náhodnými fluktuáciami v dátach [8], alebo skrytými experimentálnymi chybami.
Budúci rok sa urýchľovač LHC v CERN-e po trojročnej odstávke vráti do prevádzky a experiment LHCb bude pokračovať v naberaní nových dát. Analýza nových dát zlepší presnosť merania, a tak nám zodpovie otázku, či je spomínaný výsledok len štatistickou fluktuáciou. Navyše, experiment Belle II v Japonsku [9] nezávisle odmeria tú istú veličinu čo v prípade potvrdenia výsledku LHCb vylúči prípadné skryté experimentálne chyby.
[Michal] [1] LHCb experiment web: https://lhcb-public.web.cern.ch/[2] Pre-print článku: https://arxiv.org/abs/2103.11769
[3] Slides z oznamujúcej prezentácie: http://moriond.in2p3.fr/2021/EW/slides/3_flavour_02_moise.pdf
[4] CERN článok: https://home.cern/news/news/physics/intriguing-new-result-lhcb-experiment-cern
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Physics_beyond_the_Standard_Model
[6] V minulosti sme písali o testovaní lepton flavour universality v experimente NA62: https://vedator.space/testovanie-standardneho-modelu-pomocou-zriedkavych-rozpadov-kaonov/
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Lepton#Universality
[8] Podrobná diskusia o štatistickej významnosti výsledku: https://www.science20.com/tommaso_dorigo/another_3_sigma_fluke_from_lhcb-253707
[9] Belle II experiment web: https://www.belle2.org/
Zdroj obrázku: http://cds.cern.ch/record/2302374