FIZIKA
Egy friss kutatás újraírhatja a fizika eddig ismert szabályait
A illinois-i Fermilab kutatóinak minden eddiginél pontosabban sikerült megbecsülniük a gyenge kölcsönhatásban alapvető fontosságú W-bozon tömegét, amiről kiderült, hogy nehezebb, mint a korábbi kísérletek alapján gondolták. Ha a mérések pontosságát sikerül igazolni, az alapvetően írhatja újra a részecskefizikában régóta alapvetőnek tekintett standard modellt.
A standard modell az elektromágneses, a gyenge és az erős kölcsönhatást valamint az alapvető elemi részecskéket leíró kvantumfizikai elmélet, ami hiányosságai ellenére a mai napig a legközelebb áll ahhoz, hogy képes legyen egységbe foglalni a részecskefizika szabályait. A modell elfogadottságában fontos szerepet játszik, hogy a jóslatait szinte az összes eddig elvégzett kísérlet igazolja - éppen emiatt sok kutató már arról beszél, hogy a Chicago melletti Fermi National Accelerator Laboratory (azaz Fermilab) nemrég közzétett eredményei alapvetően írhatják át, amit a részecskefizikáról eddig gondoltunk.
A kutatók a 2007-ig a világ legerősebb részecskegyorsítójának számító Tevatronból származó, mintegy tízévnyi adatot elemezték ki annak érdekében, hogy minden eddiginél pontosabb becslést adjanak a W-bozon tömegéről - írja a Live Science. A részecske létezését először 1983-ban sikerült igazolniuk a CERN kutatóinak, a felfedezése pedig rendkívül fontos mérföldkő volt a standard modell helyességének az igazolásában. A W-bozon a gyenge kölcsönhatás közvetítőrészecskéje (a nevét is innen kapta az angol weak, azaz gyenge szóból), amely nélkül az univerzumban egyáltalán nem keletkeznének a hidrogénnél nehezebb elemek, tehát a világ, ahogy mi ismerjük, nem létezhetne nélküle.
Bár a Tevatront 2011-ben leállították, ám az abból származó adatok a mai napig sok munkát adnak a kutatóknak: a W-bozon tömegének megméréséhez például mintegy 450 billió, 2002 és 2011 között rögzített ütközést kellett kielemezniük, amelyekből mindössze négymillió volt megfelelő ahhoz, hogy fel tudják használni a számításokhoz. Ashutosh Kotwal, a kísérlet egyik vezetője a Popular Mechanicsnak nyilatkozva elmondta, hogy a W-bozon olyannyira illékony, hogy a tömegét nem tudják közvetlenül megmérni. Mivel a részecske a másodperc billiomod részének a billiomod része alatt lebomlik, így a tömegét a hátramaradt részecskék alapján tudják csak megbecsülni. A kutatók emiatt olyan adatokat kerestek a Tevatron által rögzített ütközések között, amelyek során müonok és neutrínók valamint elektronok és neutrínók keletkeztek, ezeknek a részecskepároknak a pozíciójából és energiájából pedig az eddiginél kétszer pontosabban sikerült megbecsülniük a W-bozon tömegét.
A Science tudományos folyóiratban közölt eredmények szerint a Fermilab munkatársai 0,01%-os pontossággal határozták meg a részecske tömegét - vagy ahogy azt David Toback szóvivő szemléletesen megfogalmazta, olyan pontossággal, mintha egy 363 kilogrammos gorilla tömegét 42,5 grammos pontossággal tudnák megbecsülni. Számításaik szerint a W-bozon tömege 80,433,5 ± 9,4 MeV/c2, ami ugyan csak 0,1%-kal több, mint amit a standard modell megjósolt, de már ez is elég ahhoz, hogy újraírja a fizika szabályait.
Joe Lykken, a Fermilab igazgatóhelyettese gyorsan igyekezett leszögezni, hogy az eredményeiket először más, független kutatásoknak is igazolniuk kell, mielőtt elkezdhetnének következtetéseket levonni belőle. Ha a mérések hitelességét más laboratóriumok is megerősítik, az viszont komoly következményekkel járhat a standard modellre nézve, hiszen akár az is előfordulhat, hogy új, eddig nem ismert erőkkel vagy részecskékkel kell kiegészíteni a fizikai modellt.