سرنخ‌هایی احتمالی از فیزیکی جدید

فرادید | فیزیکدانان در نظریه‌ای که رفتار عناصر سازنده جهان را توضیح می‌دهد، با نقصی جدید مواجه شدند. مدل استاندارد یا SM، بهترین نظریه برای توضیح جهان پیرامون ما است. اما مدتی است که می‌دانیم مدل استاندارد، نمی‌تواند تمام جزییات را به دقت توضیح دهد. رفتار غیرمنتظره یک ذره زیراتمی به نام کوارک زیبایی می‌تواند شکاف‌هایی را در این نظریه نشان دهد.

این رفتار مرموز ممکن است نتیجه اعمال نیروی یک ذرۂ زیراتمی کشف نشده باشد. این یافته‌ها توسط محققان برخورد دهنده بزرگ هادرونی یا LHC به دست آمده است. فیزیکدانان تاکید می‌کنند که برای تایید این نتایج به تحلیل و داده‌های بیشتری نیاز دارند.

دکتر Mitesh Patel از کالج سلطنتی لندن میگوید: «ما زمانی که اولین نتایج را بررسی کردیم، بسیار هیجان زده بودیم. اما هنوز خیلی زود است که بگوییم واقعا این نتایج نمایانگر انحراف از مدل استاندارد است.»

به گزارش فرادید؛ مدل استاندارد، تمام ذرات بنیادی شناخته شده تشکیل دهنده جهان و نیرو‌های تعاملی بین آن‌ها را توصیف می‌کند. اما نمی‌تواند برخی از راز‌های بزرگ فیزیک مدرن را توضیح دهد، مانند ماده تاریک یا ماهیت گرانش. فیزیکدانان می‌دانند که در نهایت باید چهارچوب نظری پیشرفته تری را جایگزین آن کنند. برخورد دهنده LHC برای کشف فیزیک فراتر از مدل استاندارد ساخته شده است. درنتیجه اگر نتایج LHC تایید شود، نشان دهنده یک کشف بسیار مهم است.

طبق مدل استاندارد، کوارک زیبایی باید به تعداد مساوی از ذرات الکترون و میون تجزیه شود. درحالیکه این فرآیند الکترون ‌های بیشتری نسبت به میون‌ها تولید می‌کند. فیزیکدانان احتمال می‌دهند یک ذره که هنوز کشف نشده است به نام لپتوکوارک در این فرآیند نقش داشته و تولید الکترون را آسان‌تر کرده است.

دکتر Paula Alvarez Cartelle یکی از رهبران علمی این پروژه از دانشگاه کمبریج می‌ گوید:" این نتیجه جدید به یک ذره یا نیروی بنیادی جدید اشاره می‌کند که با این ذرات به شکل متفاوتی تعامل دارد.

هرچه اطلاعات بیشتری داشته باشیم، این نتیجه قوی‌تر میشود. " استاندارد مورد قبول برای یک کشف در فیزیک ذرات، پنج سیگماست که احتمال خطا در آن یک در سه ونیم میلیون است. اما محدوده اندازه گیری LHC سه سیگماست؛ یعنی احتمال آن که نتیجه به دست آمده یک تصادف آماری باشد، یک در هزار است.

پروفسور Chris Parkes رهبر تیم از دانشگاه منچستر می‌گوید: ممکن است ما در حال رسیدن به دوره جدیدی از فیزیک باشیم. ما قبلا شاهد نتایج آن بوده و هستیم و همانقدر که هیجان زده ایم، باید محتاط هم باشیم.

دکتر Konstantinos Petridis از دانشگاه بریستول می‌گوید: اگر تجزیه و تحلیل داده‌ها در سال آینده تایید شود، می‌تواند یکی از بزرگترین کشف‌های اخیر در فیزیک باشد. کشف نیرویی جدید در طبیعت، یکی از اهداف غایی فیزیک ذرات است. درک فعلی ما از اجزای تشکیل دهنده جهان بسیار کم است. مثل ما نمی ‌دانیم که % ۹۵ از کیهان از چه چیزی تشکیل شده است یا چرا بین ماده و پادماده عدم تعادل وجود دارد.

مدل استاندارد فیزیک ذرات بنیادی، نام نظریه‌ای مربوط به نیرو‌های الکترومغناطیس، هسته‌ای قوی، هسته‌ای ضعیف و همچنین طبقه ‌بندی ذرات زیراتمی شناخته‌شده‌است. این مدل در نیمه دوم قرن بیستم در نتیجه تلاش‌های مشارکت‌آمیز دانشمندان در عرصه جهانی شکل گرفت.

فرمول‌بندی کنونی آن در اواسط دهه ۱۹۷۰ پس از تأیید تجربی وجود کوارک، نهایی شد. از آن زمان تا کنون کشف کوارک سر (۱۹۹۵)، تاو نوترینو (۲۰۰۰) و به تازگی، بوزون هیگز (۲۰۱۳) بر اعتبار این مدل افزوده‌اند. به دلیل توانایی آن در توضیح نتایج تجربی، از مدل استاندارد گاهی با نام نظریه تقریباً همه‌چیز یاد می‌شود.

اگرچه این باور وجود دارد که مدل استاندارد از لحاظ نظری خود-سازگار است و موفقیت زیاد و پیوسته‌ای در ارائه پیش‌فرض‌های تجربی داشته‌است، هنوز از توضیح برخی از پدیده‌های فیزیکی بازمانده‌است و همچنین نظریه جامعی برای توصیف برهمکنش‌های بنیادی نیست، زیرا نظریه کاملی برای گرانش آن طور که توسط نسبیت عام بیان شده، نیست و همچنین از توضیح انبساط شتابدار جهان ناتوان است. مدل شامل هیچ ذره قابل قبولی برای ماده تاریک که با ویژگی‌های منتج از مشاهدات کیهان‌شناسی تجربی سازگار باشد، نیست.

این مدل همچنین نوسان نوترینو (و جرم‌های غیر صفرشان) را شامل نمی‌شود. بر اساس مدل استاندارد (ذرات بنیادی) ماده از ۶۱ ذره تشکیل شده که این ذرات در سه دسته قرار می‌گیرند:

لپتون‌ها
کوارک‌ها
واسطه‌ها

مدل استاندارد برهمکنش‌های قوی، لکترومغناطیسی و ضعیف بنیادی را با بکارگیری نظریه میدان‌های کوانتومی بیان می‌کند.

کوارک، یک ذره بنیادی و یکی از اجزای پایه‌ای تشکیل‌دهنده ماده است. کوارک‌ها با هم ترکیب می‌شوند تا ذرات مرکبی به نام هادرون را پدیدآورند که پایدارترین آن‌ها پروتون و نوترون، اجزای تشکیل‌دهنده هسته اتم هستند. به خاطر پدیده‌ای که به حبس رنگ معروف است، کوارک‌ها هیچ‌گاه به صورت انفرادی یافت نمی‌شوند و مستقیماً قابل مشاهده نیستند؛ آن‌ها را فقط می‌توان درون هادرون‌هایی مانند باریون‌ها (که نمونه‌های آن‌ها پروتون و نوترون هستند) و مزون ‌ها یافت. به همین دلیل بیشتر دانش ما از کوارک ‌ها از مشاهدات خود هادرون‌ها نتیجه‌گیری شده‌است