Vědci z CERNu jsou na stopě objevu. Může jít o neznámou částici, nebo úplně novou základní sílu

Vědci, kteří zkoumají částice v projektu CERN, odhalili problém v teorii, která popisuje a vysvětluje základní stavební kameny vesmíru a síly, jimiž se vesmír řídí. Možná tím narazili na zcela neznámou částici nebo dokonce energii.

Teorií o fungování vesmíru je celá řada; v současné době je nejrozšířenější takzvaný Standardní model. Řada fyziků se ale domnívá, že tato představa o fungování vesmíru je jen částečným poznáním sil, které řídí vesmír, a že bude sloužit jen jako odraz pro ještě hlubší pochopení kosmu.

Vědci, kteří pracují na Velkém hadronovém urychlovači, si všimli velmi neočekávaného chování částice, které se říká b kvark, někdy také krásný nebo spodní kvark. Velký hadronový urychlovač je obří, 27 kilometrů dlouhý tunel pod francouzsko-švýcarskou hranicí. Vědci v něm urychlují dva paprsky částic proti sobě rychlostí blízkou rychlosti světla. Srážky těchto svazků paprsků vytváří spršky nových částic, které pak zkoumají.

A právě při těchto srážkách se ukázalo nečekané chování b kvarku – podle nové studie by mohlo být důsledkem působení zatím neznámé a neobjevené subatomární částice.

Fyzici jsou tímto objevem nadšení, přesto upozorňují, že je pro jeho potvrzení ještě potřeba dalších dat a analýz. „Když jsme se poprvé podívali na výsledky, úplně jsme se rozklepali, tak nás to rozrušilo. Srdce nám začalo opravdu bušit,“ uvedl pro stanici BBC profesor Mitesh Patel z Imperiální koleje v Londýně. „Zatím je příliš brzy říct, jestli jde opravdu o odchylku od Standardního modelu, ale možné důsledky těchto výsledků jsou ta nejúžasnější věc, kterou jsem za dvacet let v oboru viděl,“ dodal.

Za zdmi světa menšího než atom

Atomy dostaly od starých Řeků své jméno jako nejmenší již dále nedělitelné částice hmoty. Moderní věda už dlouho ví, že to je omyl. Že se skládají z protonů, elektronů a neutronů, se dnes už učí na základních školách. Jenže i tyto částice se skládají z ještě drobnějších dílků.

Těm nejmenším a tedy opravdu základním (alespoň dle současného poznání) se říká fundamentální nebo elementární. Fyzika připouští, že i ony se z něčeho skládají, proto je definuje jako „částice hmoty, jejíž vnitřní struktura je neznámá a není tedy známo, zda se skládá z jiných částic“.

Standardní model všechny známé elementární částice popisuje a také ukazuje všechny síly, které mezi nimi působí. Díky tomu umí Standardní model popisovat nejrůznější fyzikální jevy, od těch největších, jako je třeba exploze supernovy, až po ty nejmenší, jako jsou například vazby mezi kvarky v protonu.

Standardní model má ale také několik slabin. Neumí stále vysvětlit řadu důležitých součástí moderní fyziky – některé z nich jsou přitom zcela klíčové. Jedná se zejména o takzvanou temnou hmotu, která zřejmě tvoří asi čtvrtinu známého vesmíru, temnou energii, která tvoří přes 70 procent vesmíru a také povahu jedné ze čtyř základních sil kosmu – gravitace.

Standardní model tedy není sbírkou nedotknutelných dogmat; naopak, chápe se spíše jako základ pro mnohem lepší model vesmíru, který vznikne v budoucnosti. A právě Velký hadronový urychlovač je nástrojem, který by mohl k detailnějšímu pohledu do mikrosvěta pomoci a vzniku takového modelu nahrát.

Co vzniklo v urychlovači?

V urychlovači běží na různých zařízeních více experimentů – jedním z nich je LHCb, který hledá rozdíly mezi hmotou a antihmotou tím, že studuje výše popsaný kvark b. Tyto částice, které se obvykle v přírodě nevyskytují, protože nejsou součástí běžné hmoty, v urychlovači vznikají – a posléze se rozpadají.

Během rozpadu se jedna částice mění na několik jiných, které ale mají menší hmotnost. Podle Standardního modelu se krásné kvarky rozkládají na elektrony a miony – přičemž po rozkladu by jich mělo být stejné množství. Jenže ve skutečnosti experimenty popsané v novém výzkumu ukázaly, že je elektronů víc než mionů.

Tyto výsledky nejsou definitivní, ale podle fyziků začínají být už velmi zajímavé, protože pravděpodobnost, že je pozorování jen výsledkem statistické náhody, se dostala na 1:1000. Aby se dalo pozorování pokládat za objev, musela by tato pravděpodobnost ještě významně klesnout – až na 1:3,5 milionu.

Částice, nebo síla?

Jedním z vysvětlení by mohly být zatím neobjevené hypotetické částice, jimž se říká leptokvarky, po nichž fyzici už řadu let marně pátrají. Naposledy na konci roku 2020 vyšly výsledky dalšího neúspěšného pátrání po nich. 

Ještě zajímavější možností je, že se jedná o působení doposud nepopsané kosmické síly, která má na rozpad vliv – jejím nositelem by mohla být spekulativní částice „Z prime“.

Podle kvantového fyzika Konstantinose Petridise by objev něčeho takového znamenal opravdový přelom. „Objev nové přírodní síly je svatým grálem částicové fyziky. Naše současné porozumění tomu, z čeho se skládá vesmír, je pozoruhodně nedostatečné – nevíme, z čeho je složených 95 procent kosmu, ani proč je takový rozdíl v množství hmoty a antihmoty,“ uvedl pro web The Guardian.

Tato síla by zřejmě byla extrémně slabá, proto se ji zatím nepodařilo jinými způsoby odhalit – ale na celý model vesmíru by měla zásadní dopad. Vědci nyní budou výsledky dále ověřovat a hledat možná vysvětlení.