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

Nový lék může dětem s Duchennovou svalovou dystrofií oddálit ztrátu chůze

Dětem s Duchennovou svalovou dystrofií (DMD) by mohl pomoci nový přípravek, který zpomaluje postup nemoci a oddaluje ztrátu schopnosti chůze. V Česku ho pojišťovna zatím schválila prvnímu pacientovi. Onemocnění, při němž postupně odumírají svaly, zatím nelze zcela vyléčit. Nemocí trpí v zemi přes 350 lidí.
před 11 mminutami

KVÍZ: Poznáte česká města podle mapy jejich tramvajových tratí?

V Praze začal v sobotu pro linky MHD sloužit nově otevřený Dvorecký most. Krátký kvíz prověří vaše znalosti map a dopravních systémů. Dokážete jen ze zjednodušené grafiky tramvajových sítí poznat, o jaké tuzemské město se jedná?
před 22 hhodinami

Imunoterapie si poradí s dříve neléčitelnými nemocemi. Zatím má ale řadu slabin

Po více než sto letech vývoje se do klinické praxe dostávají léčebné postupy, které využívají posílení vlastního imunitního systému člověka k boji s rakovinou. Tato metoda může nabídnout individuálně přizpůsobenou terapii, dlouhodobé ustoupení či vymizení příznaků a méně vedlejších účinků než chemoterapie či ozařování, píše stanice BBC. Vědci ale upozorňují, že navzdory pokračujícímu výzkumu je účinnost těchto postupů alespoň prozatím značně omezená.
18. 4. 2026

Čtyři generace Evropanů ukázaly, kdo tíhne k autoritářům

Starší generace tíhnou mnohem častěji k autoritářským lídrům. Postoj k nim ovlivňují i zkušenosti z totalitních režimů. Přispívá k tomu také pocit věkové diskriminace, který nejstarší generace sdílí s tou nejmladší. Zjistili to vědci při zkoumání čtyř generací Evropanů. Výsledky v Senátu představila Klára Plecitá ze sociologického ústavu Akademie věd.
18. 4. 2026

Aplikace na ověřování věku je hotová, dle experta si ji země EU budou moci přizpůsobit

Šéfka Evropské komise (EK) Ursula von der Leyenová tento týden oznámila, že experti EK dokončili aplikaci, která má ověřovat věk uživatelů on-line platforem. Je technicky hotová a brzy bude k dispozici pro občany EU, doplnila. Podle informatika Ondřeje Rozinka by toto řešení mělo být bezplatné, funkční a zcela anonymní, členské státy si ho navíc budou moci samy nastavit tak, jak jim vyhovuje.
17. 4. 2026Aktualizováno17. 4. 2026

Vojta Náprstek se narodil před 200 lety. Do Prahy přinesl vzdálené civilizace i feminismus

Vojtěch či Vojta Náprstek byl mužem mnoha talentů, ovlivnil tak tuzemskou společnost mnoha nejrůznějšími způsoby. Jeho odkaz dodnes přetrvává například v muzeu mimoevropských kultur v Praze, které nese jeho jméno.
17. 4. 2026

Španělští archeologové objevili v Gibraltarském zálivu desítky vraků

Španělští archeologové v oblasti Gibraltarského průlivu zdokumentovali desítky lodí, z nichž nejstarší zde ztroskotaly v pátém století před naším letopočtem. Jsou mezi nimi pozůstatky fénických a římských lodí, ale také britských, španělských, benátských a nizozemských plavidel.
17. 4. 2026

Norského seniora zbavila léčba současně AIDS i rakoviny

K vyléčení třiašedesátiletého muže z Osla přispěla nejen špičková věda, ale také obrovské štěstí. Čtyři roky po zahájení léčby nejenže nemá v těle ani stopu po viru HIV, ale ani rakovinu krve.
17. 4. 2026
Načítání...