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

Čína se potýká s virem, který útočí na zrak. Na lidi se přenáší od mořských tvorů

Čína už několik let zaznamenává zvýšené množství podivných očních infekcí. Teď vědci popsali příčinu této choroby. Způsobuje ji virus, který se na lidi přenáší od mořských tvorů, s nimiž lidé přicházejí do styku.
před 13 hhodinami

Žena trpěla třemi nevyléčitelnými nemocemi. Jedna genová terapie ji zbavila všech

Nevyléčitelně nemocná pacientka měla tři nemoci, jejichž kombinace znemožňovala léčbu. Přípravek proti jedné z nich totiž okamžitě zhoršoval průběh obou ostatních. Vědci tak u ní vyzkoušeli experimentální terapii CAR-T, která zabrala během pouhých několika týdnů.
před 16 hhodinami

KGB, petro-rubl a Potěmkinovy reaktory. Historik vysvětluje příčiny katastrofy v Černobylu

Před čtyřiceti lety došlo do té doby v nepříliš známém městě k nehodě. Jedna noc, jeden reaktor a jedno jméno – Černobyl. Tato událost navždy změnila pohled na jadernou energii. V seriálu ČT24 tuto událost připomínáme – ale nejen jako příběh samotné katastrofy, ale pokud možno v co nejširším kontextu.
před 21 hhodinami

Československo pod radioaktivním mrakem. Před čtyřiceti lety hrálo hlavní roli počasí

Před čtyřiceti lety došlo k nejhorší katastrofě při provozu jaderných elektráren v historii. Šlo o Černobyl. O dopadech na Evropu do značné míry rozhodovalo počasí a také schopnost ho dostatečně dobře předpovídat.
12. 4. 2026

VideoNASA chce do roku 2036 vybudovat základnu na Měsíci

Šéf NASA Jared Isaacman týden před startem mise Artemis II představil nový plán, podle kterého chtějí Spojené státy do roku 2036 vybudovat na Měsíci trvalou základnu. Počítá s desítkami pilotovaných přistání, budováním potřebné infrastruktury i využitím místních zdrojů, především vody. Právě její hledání bude jedním z klíčových úkolů příštích let a zapojí se do něj i technologie, kterou vyvíjejí vědci z ČVUT. Pátrání po vodě na Měsíci má začít v roce 2029.
11. 4. 2026

Dospělí, kteří nikdy nevstoupili do manželství, mají dle studie vyšší riziko rakoviny

Dlouhodobé vztahy zřejmě fungují jako silný faktor, který pomáhá před rakovinou. Ve hře je celá řada různých faktorů, které se podílejí na této ochraně, popsali vědci v rozsáhlém výzkumu.
11. 4. 2026

Artemis II se vrátila na Zemi. Přistání do oceánu proběhlo úspěšně

Mise Artemis II, při které první lidé od sedmdesátých let minulého století obletěli Měsíc, v noci na sobotu ukončila svou více než milion kilometrů dlouhou cestu. Čtveřice astronautů v kosmické lodi Orion proletěla atmosférou a dopadla do Tichého oceánu nedaleko západoamerického San Diega. Manažer programu Orion Howard Hu na tiskové konferenci uvedl, že tento den představuje začátek nové éry lidského průzkumu vesmíru.
10. 4. 2026Aktualizováno11. 4. 2026

Vědci popsali šimpanzí „občanskou válku“ v Ugandě

V ugandském národním parku Kibale propukly mezi dvěma frakcemi šimpanzí skupiny Nogo boje, které vědci přirovnávají k občanské válce. Vyplývá to ze studie, která vyšla v odborném časopise Science.
10. 4. 2026
Načítání...