يمكن لعالم صغير الحجم ، عالم الكم ، أن يكون له نكهة مفضلة.
نحن لا نتحدث عن مخاريط الآيس كريم الصغيرة ، بالطبع. ينقسم عالم الجسيمات إلى ثلاثة معسكرات ، تسمى "النكهات" (لا تسأل لماذا). على سبيل المثال ، تمثل الإلكترونات نكهة واحدة ، وهناك جسيمان آخران لهما خصائص متطابقة تقريبًا ، وهما الميون والتاو ، لهما النكهات الخاصة بهما. لطالما شكنا - ولكن لم يثبت - أن النكهات الثلاث يجب أن تكون على قدم المساواة.
ولكن ، للأسف ، بدأت سنوات من تجارب المصادم تشير إلى أنه ربما ليس كل شيء متساويًا.
نتائج هذه التجارب لا تزال مبدئية ، وليست كبيرة بما يكفي للادعاء بالاكتشاف القوي للتصدع في الكتاب المقدس لفيزياء الجسيمات يسمى النموذج القياسي. ومع ذلك ، إذا صمدت النتائج ، فقد يؤدي ذلك إلى فتح البوابة لفهم كل شيء من المادة المظلمة إلى أصول الكون. تعلمون ، مشاكل كبيرة لم تحل في الفيزياء الحديثة.
النكهات القياسية
يسود النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، حيث ينجح بنجاح في اجتياز اختبارات التجارب من جميع أنحاء العالم على مدار عقود. توحد هذه النظرية فهمنا لثلاثة من القوى الأربع الأساسية للكون - الكهرومغناطيسية والنووية القوية والضعف النووي - تحت راية كمية واحدة. على كل حال ، إنها أكثر النظريات التي تم اختبارها جيدًا في كل العلوم ، قادرة على شرح مجموعة واسعة من التفاعلات الأساسية.
وبعبارة أخرى ، أنت ببساطة لا تعبث بالنموذج القياسي.
ومع ذلك ، فإننا نعلم أن هذه الصورة للعالم دون الذري ليست بعيدة عن الكمال. على سبيل المثال لا الحصر ، لا يشرح كتل النيوترينو أو يعطينا فكرة عن المادة المظلمة. تعتقد الغالبية العظمى من الفيزيائيين أن هناك نظرية أخرى ، غير معروفة حتى الآن ، تشمل كل شيء يستطيع النموذج القياسي شرحه والأشياء التي لا يستطيع.
الشيء المشؤوم هو أننا لا نعرف كيف تبدو هذه النظرية أو ما هي التوقعات التي قد تصدرها. لذا ، فنحن لا نعرف فقط الإجابات الكاملة للحياة والكون وكل شيء بينهما ، كما أننا لا نعرف كيفية الحصول على هذه الإجابات.
للعثور على تلميحات حول "نظرية أفضل" ، فإن الباحثين يبحثون عن أي عيوب أو تنبؤات خاطئة للنموذج القياسي - ربما يمكن أن يفتح الشق في هذه النظرية الباب أمام شيء أكبر.
يتعلق أحد التنبؤات العديدة للنموذج القياسي بطبيعة اللبتونات ، وهي جسيمات مفردة صغيرة مثل الإلكترونات أو الكواركات. يتم تصنيف اللبتونات في ثلاث فئات ، تعرف باسم أجيال أو النكهات اعتمادًا على الفيزيائي الذي تسأل عنه. ستشارك الجسيمات ذات النكهات المختلفة جميع الخصائص نفسها باستثناء كتل مختلفة. على سبيل المثال ، الإلكترون والميون وجزيء تاو لديهم نفس الشحنة الكهربائية والدوران ، لكن الميون يفوق الإلكترون ، وأكثر من ذلك - لديهم نكهات مختلفة.
وفقًا للنموذج القياسي ، يجب أن تتصرف هذه النكهات الثلاثة للإلكترون تمامًا. يجب أن تنتج التفاعلات الأساسية كل واحد من هذه الاحتمالات على قدم المساواة ؛ الطبيعة ببساطة لا تستطيع معرفة الفرق بينهما ، لذلك فهي لا تفضل نكهة واحدة على أخرى.
عندما يتعلق الأمر بالنكهات الثلاثة ، فإن الطبيعة تتخذ نهج نابولي: جميعها.
نتيجة جميلة
هذا كل ما في الأمر نظري ، لذا يجب اختباره. على مر السنين ، تجارب مختلفة ، مثل تلك التي أجريت في مصادم هادرون الكبير في CERN ومنشأة BaBar ، حيث يتم تحطيم الجسيمات الأساسية معًا في تصادمات ضخمة. يمكن أن توفر الجسيمات الناتجة الناتجة عن تلك التصادمات أدلة حول كيفية عمل الطبيعة في أعمق المستويات. وقد تم تصميم بعض هذه التصادمات لمعرفة ما إذا كانت الطبيعة تحب نكهة واحدة من اللبتون على غيرها.
على وجه الخصوص ، نوع واحد من الجسيمات ، يسمى الكوارك السفلي ، يتمتع حقًا بالتحلل إلى اللبتونات. في بعض الأحيان يصبح الإلكترون. أحيانا ميون. احيانا تاو. ولكن مهما كانت ، فإن النكهات الثلاث لديها فرصة متساوية للخروج من الحطام.
تمكن الفيزيائيون من جمع مئات الملايين من هذه التحلل في الكوارك السفلي ، ومنذ بضع سنوات ظهر شيء غريب في البيانات: بدا أن الطبيعة تفضل جزيئات تاو في هذه التفاعلات أكثر بقليل من اللبتونات الأخرى. على الرغم من ذلك ، كانت ذات أهمية إحصائية بالكاد ، لذلك كان من السهل التخلص من هذه النتائج باعتبارها مجرد صدفة إحصائية. ربما ، لم نقم بتشغيل ما يكفي من التصادمات حتى يتساوى كل شيء.
ولكن مع مرور السنين ، كانت النتيجة عالقة ، كما يشير الفيزيائي أنطونيو بيش ، من جامعة فالنسيا في إسبانيا ، في مراجعة لهذا البحث المنشور في قاعدة بيانات ما قبل الطباعة arXiv في نوفمبر. تبدو الطبيعة عنيدة جدًا عندما يتعلق الأمر بتفضيلها الواضح لجسيم تاو. النتيجة لا تزال غير قاطعة ، ولكن استمرارها على مر السنين وعبر تجارب مختلفة جعل خربشة الرأس الحقيقية.
نموذج غير قياسي
في النموذج القياسي ، تحصل النكهات المختلفة لللبتونات على ... حسن النكهة ... من خلال تفاعلاتها مع بوزون هيجز: كلما تفاعلت النكهة مع هيجز ، زادت كتلتها. ولكن بخلاف ذلك ، لا تفرق الطبيعة بينهما ، وبالتالي فإن التنبؤ بأن جميع النكهات يجب أن تظهر بالتساوي في جميع التفاعلات.
ولكن إذا كانت هذه "شذوذات النكهة" المزعومة هي بالفعل سمة حقيقية لكوننا وليست مجرد بعض الأخطاء في جمع البيانات ، فإننا نحتاج إلى طريقة ما لتفسير لماذا يجب أن تهتم الطبيعة بجزيء تاو أكثر من الإلكترون أو الميون. أحد الاحتمالات هو أنه قد يكون هناك أكثر من نوع واحد من بوزونات هيغز تحلق حولها - واحدة لتزويد كتل الإلكترون والميون ، والآخر مغرم بشكل خاص بالتاو ، مما يسمح لها بالخروج من التفاعلات في كثير من الأحيان.
الاحتمال الآخر هو أن هناك جزيئات إضافية تتحدث مع تاو - جسيمات لم نرها في التجارب حتى الآن. أو ربما هناك بعض التناظر الأساسي في الطبيعة التي تكشف عن نفسها فقط من خلال همسات تفاعلات ليبتون - وبعبارة أخرى ، بعض قوة الطبيعة الجديدة التي تظهر فقط في هذه التفاعلات الغامضة والنادرة.
حتى نجعل الدليل ثابتًا (في الوقت الحالي ، تبلغ الأهمية الإحصائية لهذا الاختلاف حوالي 3-سيغما ، وهو ما يمثل فرصة بنسبة 99.3٪ أن تكون هذه النتيجة مجرد صدفة ، في حين أن "المعيار الذهبي" لفيزياء الجسيمات هو 5-سيغما ، أو 99.97٪) ، لا يمكننا أن نعرف على وجه اليقين. ولكن إذا تم تشديد الأدلة ، فيمكننا استخدام هذه الرؤية الجديدة للعثور على فيزياء جديدة خارجة عن النموذج القياسي ، مما يتيح إمكانية تفسير ما هو غير قابل للتفسير حاليًا ، مثل فيزياء الكون المبكر جدًا أو أي شيء يحدث مع المادة المظلمة.
