Miony nie słuchają się Modelu Standardowego. Do listy czterech sił natury trzeba dopisać piątą

Po ponad dwóch dekadach badań, naukowcy z laboratorium FermiLab w Illinois potwierdzili uzyskane w 2001 r. w laboratorium w Brookhaven wyniki, wskazujące wyraźnie, że miony nie do końca przestrzegają znanych praw fizyki i zachowują się inaczej niż gdyby były rządzone tylko przez cztery znane siły natury.

Naukowcy z laboratorium akceleratora cząstek Fermi, w ramach eksperymentu Muon g-2 wprowadzali miony w magnetyczny pierścień i obserwowali ich ruch. Okazało się, że wibrują one w zupełnie nieprzewidywalny sposób, którego po prostu nie da się wytłumaczyć działaniem znanych cząstek i sił elementarnych zawartych w obowiązującym od 60 lat Modelu Standardowym. Wszystkie przewidywania teoretyczne oparte o znane cząstki i siły elementarne zgadzają się ze sobą, ale nie zgadzają się z wynikami obserwacyjnymi uzyskanymi tak teraz jak i dwie dekady temu, które z kolei zgadzają się ze sobą.

Mówiąc najprościej miony zachowują się jak niewielkie magnesy obdarzone dwoma biegunami. Ruch takich magnesów zakłócany jest przez bezustannie pojawiające się i znikające cząstki kwantowe, wywołując tzw. anomalię mionową. Fizycy cząstek są w stanie przewidzieć wartość takiej anomalii uwzględniając w swoich obliczeniach wpływ wszystkich znanych obecnie cząstek fundamentalnych.

Wyniki eksperymentów prowadzonych w akceleratorze FermiLab wskazują jednak, że miony zachowują się inaczej niż powinny. Co więcej, taką samą „niesubordynacją” wykazywały się już 20 lat wcześniej w eksperymencie przeprowadzonym w Brookhaven.

Może to zatem wskazywać, że w swoim modelu pozwalającym na obliczenie anomalii mionowej, naukowcy nie uwzględniają jakiejś siły, lub jakichś innych cząstek elementarnych, o których istnieniu po prostu jeszcze nie wiemy. To właśnie te cząstki/siły fundamentalne mogą odpowiadać za odchylenie ruchu mionów od przewidywań opartych na Modelu Standardowym.

Nie wiadomo. Już w 2001 roku fizycy odkryli taką samą anomalię, ale nie byli w stanie wtedy stwierdzić czy odkrycie nie jest tylko błędem pomiarowym. Teraz, w laboratorium FermiLab pojawiły się jednak dokładnie takie same odczyty jak w Brookhaven dwadzieścia lat temu, co sprawia, że prawdopodobieństwo tego, że wynik jest tylko aberracją czy błędem pomiarowym spadło do 1 do 40 000. W najbliższych latach jednak wynik ten będzie się zmieniał, bowiem jak dotąd naukowcy przeanalizowali dopiero 6 proc. danych obserwacyjnych uzyskanych w FermiLab.

Jeżeli faktycznie dalsze analizy i obserwacje będą się zgadzały z dotychczasowymi, będzie to oznaczało, że fizycy dotąd nie zauważali jeszcze jednej siły natury, i obok grawitacji, elektromagnetyzmu oraz oddziaływań silnych i słabych, będziemy mogli dopisać jeszcze jeden element. Odkrycie zupełnie nowej siły może wymusić zrewidowanie ogromnej części fizyki, od fizyki cząstek, po kosmologię.

Fizycy podchodzą do wyników z FermiLab z bardzo ostrożnym entuzjazmem. Choć wszyscy przyznają, że wyniki są niezwykle intrygujące, to wciąż oczekują z otwieraniem szampana na wyniki dalszych analiz, które faktycznie mogą za jakiś czas potwierdzić czy fizykom udało się odkryć zupełnie nowe drzwi w fizyce. W międzyczasie pojawiają się nawet artykuły wskazujące, że wyniki obserwacji wciąż zgadzają się z Modelem Standardowym.

Po cichu trzymam kciuki za to, aby faktycznie okazało się, że mamy do czynienia z czymś zupełnie nowym. Jestem przekonany, że naukowcy robią dokładnie to samo. Nie ma wszak w nauce nic lepszego, niż stanięcie w obliczu nowej zagadki.