Základní model vesmíru je špatně, tvrdí skupina fyziků. Na hledání slabiny pracovali deset let

Stovky vědců spolupracovaly na přesném změření hmotnosti bosonu W, elementární částice zodpovědné za slabou jadernou sílu. Fyzici teď výsledky zveřejnili – a ke svému překvapení zjistili, že boson je hmotnější, než předpovídá Standardní model částicové fyziky. Výsledky vyšly v odborném žurnálu Science.

Nová hodnota hmotnosti bosonu W je výsledkem deseti let experimentů a výpočtů více než čtyř stovek fyziků z 54 různých institucí po celém světě. Pokusy probíhaly na obrovském detektoru srážek Tevatron v laboratoři Fermilab nedaleko Chicaga. Tento urychlovač je velký jako čtyřpatrový dům a váží 4500 tun.

Ukázalo se, že hmotnost bosonu W je 80 433 ± 9 MeV/c², což asi osmdesátkrát víc, než je hmotnost protonu. Tento výsledek je přibližně dvakrát přesnější než u starších měření. Ale důležité je, jak zvláštní tento výsledek byl.

Detektor Tevatron
Zdroj: FermiLab

„Když jsme to číslo uviděli, hned jsme si řekli, že je divné,“ popsal mluvčí experimentu David Tobac. „Nastalo ticho. Nevěděli jsme vůbec, co si o tom myslet.“ To pro různá média potvrdili i další fyzici, kteří se na experimentu podíleli – natolik se zaměřili na přesnost a kvalitu analýzy, až si napoprvé nevšimli samotné hodnoty. A když ji zaznamenali, byl to pro většinu šok.

Co je boson W?

Když se řekne boson, většině lidí se vybaví nejspíš Higgsův boson přezdívaný někdy také Božská částice. Ale ve skutečnosti je bosonů mnohem víc, vlastně mezi ně patří spousta známých částic – fotony, gluony, tetra- a hexakvarky nebo mezony. A také bosony W a Z. 

Boson W (neboli slabý) je spojený se slabou jadernou silou, což je jedna ze základních interakcí. Je zodpovědná za jeden typ radioaktivního rozpadu a jadernou fúzi, k níž dochází ve hvězdách. Tato částice byla objevena v CERNu roku 1983 a od té doby byla považována za jeden z hlavních úspěchů teorie Standardního modelu fyziky částic. Jenže teď se může ukázat, že se stane i jeho hrobníkem.

  • Bosony jsou částice, které mají symetrickou vlnovou funkci a celočíselný spin. Jmenují se podle indického fyzika Šatendranátha Boseho, proto bývají někdy označovány jako Boseho částice.
  • Částice, které nejsou bosony, se nazývají fermiony nebo anyony.

Co je Standardní model

„Veškerá známá hmota ve vesmíru se skládá ze šesti druhů kvarků a šesti druhů leptonů a všechny jevy, které ve vesmíru pozorujeme, dovedeme vysvětlit pomocí čtyř druhů interakcí“ – to je jednovětý souhrn Standardního modelu, který je tím nejlepším, co má částicová fyzika k dispozici. Přes řadu alternativních teorií a hypotéz i výhrad je stále nejvíce využívaným nástrojem pro popis vesmíru a jeho zákonů.

Standardní model předpovídá hodnotu řady částic, včetně bosonu W. Jenže výsledek reálných měření (80 433 ± 9 MeV/c²) je od předpovězené hodnoty (80 357 ± 6 MeV/c²) velmi odlišný. Je to sice statisticky možné, ale velmi, velmi nepravděpodobné – podle předního experta na měření bosonu W Ashutoshe Vijaye Kotwala je tato pravděpodobnost menší než jedna ku miliardě. 

Přehled vzájemného ovlivňování mezi částicemi popisovanými Standardním modelem
Zdroj: Wikimedia Commons

Kde je chyba a co to znamená

Je tedy velmi pravděpodobné, že výsledky tohoto experimentu jsou reálné – a chyba bude nejspíš někde ve Standardním modelu. Otázka je, kde. Tento model má několik slabin, nedokáže totiž například vysvětlit a popsat dva ze zásadních fenoménů vesmíru – temnou hmotu a gravitaci. Navíc už rok existují náznaky, že ani částici jménem mion Standardní model nedokázal dobře předpovědět. 

Výsledky nutně neříkají, že je celý tento model úplně špatně. „Pokud se toto měření potvrdí, naznačuje možnou potřebu vylepšení výpočtu Standardního modelu nebo jeho rozšíření,“ uvedli vědci, kteří na experimentu pracovali, v tiskové zprávě. „Přestože se jedná o zajímavý výsledek, je třeba měření potvrdit dalším experimentem, aby bylo možné jej plně interpretovat,“ doplnil zástupce ředitele Fermilabu Joe Lykken.

Právě na to jsou už připravené experimenty, které budou zkoumat důsledky nového zjištění pomocí různých srážkových pokusů – budou tedy zaznamenávat srážky částic a z nich se pokusí zjistit co nejvíce informací. Stále se očekávají výsledky z detektorů ATLAS a CMS, dvou detektorů ve Velkém hadronovém urychlovači v CERNu. Právě tyto dva detektory před deseti lety pomohly nalézt Higgsův boson, takže si od těchto měření vědci hodně slibují. Ještě důležitější ale může být modernizace Velkého hadronového urychlovače (LHC), jež by měla být dokončena roku 2027.

Podle Davida Tobacka je výsledek důležitým příspěvkem k ověření přesnosti Standardního modelu. „Nyní je na komunitě teoretických fyziků a dalších experimentech, aby na to navázali a tuto záhadu vysvětlili,“ dodal. „Pokud je rozdíl mezi experimentální a očekávanou hodnotou způsobený nějakou novou částicí nebo subatomární interakcí, což je jedna z možností, je tady velká šance, že se jedná o něco, co by mohlo být objeveno v budoucích experimentech.“ 

Tento objev by podle něj mohl vést k vytvoření nové, úplnější teorie fungování vesmíru. „Pokud budou výsledky ověřeny dalšími experimenty, svět bude vypadat jinak,“ řekl pro BBC News. „Musí dojít ke změně paradigmatu. Je naděje, že možná právě tento výsledek bude tím, který prolomí hráz. Slavný astronom Carl Sagan řekl, že mimořádná tvrzení vyžadují mimořádné důkazy. Věříme, že je máme.“

Rozporuplné výsledky

„Je třeba připomenout, že citovaný výsledek měření hmotnosti bosonu W je jen jeden z několika měření této veličiny,“ uvedl pro ČT24 fyzik Jiří Chýla z Fyzikálního ústavu Akademie věd. „Má sice nejmenší chybu, ale i měření kolaborace D0, která také pracovala na urychlovči TEVATRON ve Fermilab jako CDF, a především kolaborace ATLAS na uychovači LHC v CERN, jsou dostatečně přesná a v souhlase se standardním modelem a naopak v rozporu s měřením CDF.“ O tom, kdo má pravdu, zda ATLAS a D0, nebo CDF a zda tedy má standardní model problém, rozhodnou podle profesora Chýly nová měření kolaborací ATLAS a CMS v CERN s mnohonásobně větší statistikou než má CDF, jejíž měření se opírá o data z doby před rokem 2011. „Do té doby může být standardní model klidný,“ dodává vědec.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Teplotní rekordy hlásí desítky stanic. Sledujte na mapě, jak přibývají

Česko v posledních dnech sevřely mimořádně vysoké teploty. V pátek padl první teplotní rekord už po jedenácté hodině dopoledne, a to na stanici Rýmařov, kde naměřili 30,3 stupně Celsia, což je o desetinu víc, než dosavadní nejvyšší hodnota z roku 1965. Ještě před polednem naměřili další na stanici Luká a vyrovnání loňského rekordu 30,5 stupně Celsia v Protivanově. Do 13. hodiny padly na dvacítce stanic na Moravě, pak začaly přibývat i v Čechách.
11:36Aktualizovánopřed 19 mminutami

Vlna veder je bezprecedentní. Před půl stoletím by nebyla možná, vinu nese změna klimatu

Téměř v polovině zkoumaných evropských měst už padly absolutní teplotní rekordy, anebo se tam očekává, že padnou. Podle nové analýzy má hlavní roli při současné vlně veder změna klimatu, další možné faktory vědci z Imperial College v Londýně vyloučili.
před 1 hhodinou

Zemřela historička Milena Flodrová, spoluzakladatelka Encyklopedie dějin Brna

V 91 letech ve čtvrtek zemřela historička Milena Flodrová, spoluzakladatelka internetové Encyklopedie dějin Brna. Patřila k nejvýznamnějším znalkyním historie moravské metropole. O jejím místopisu, osobnostech a památkách publikovala desítky knih i odborných článků.
před 2 hhodinami

Dusno jako v prádelně je stále častější

Klimatické změny způsobené člověkem jsou v současnosti hlavním faktorem nebezpečného vlhkého horka po celém světě, což zvyšuje zdravotní rizika pro stovky milionů lidí.
před 3 hhodinami

Nakažená základna přivedla americké letectvo zpět k očkování proti chřipce

V dubnu přestali američtí vojáci mít povinnost nechat se očkovat proti sezonní chřipce. Stačily dva měsíce a jedna základna letectva, kde virus vyřadil přes dvě stovky vojáků, aby letectvo tuto povinnost částečně vrátilo zpět.
před 3 hhodinami

Kvůli vzácným motýlům chtějí ochranáři vykoupit lokalitu v Českém středohoří

Ochránci přírody chtějí vykoupit více než tři hektary pozemků v Českém středohoří. Jde o lokalitu nad obcí Chouč nedaleko Bíliny. Důvodem je ochrana vzácných druhů denních i nočních motýlů a rostlin, které jsou na zdejší prostředí vázané. Podle ochránců je území cenné především tím, že zde přežívají druhy motýlů, které z jiných částí Čech a Moravy postupně mizí.
před 6 hhodinami

Novými drony dokáže Ukrajina útočit hluboko za frontou

Ukrajině se podařilo v posledním půlroce nasadit na frontě nové drony, jejichž schopnosti překvapit ruskou obranu zásadně vzrostly. Létají tak daleko a přesně, jako to dříve uměly jen drahé řízené střely. Drony se staly klíčovou součástí konfliktu, který před více než čtyřmi roky vyvolalo svou plnohodnotnou invazí Rusko.
před 22 hhodinami

Tak intenzivní otřesy nezasáhly oblast Venezuely sto let

Otřesy, které postihly Venezuelu, jsou podle seismologů silnější, než je v této oblasti obvyklé. Doposud není zcela jasné, proč přesáhly magnitudo 7. Možná šlo o část nějakého doposud neznámého cyklu.
včera v 13:44
Načítání...