Ameerika kiirendis tekivad kummalised osakesed

Illinoisi osariigis Fermilabi nime kandvas uurimisasutuses paikneva Tevatroni üks detektor on pidevalt täheldanud, et prootonite ja antoprootonite kokkupõrgete järel selles kiirendis tekib teooria järgi lubatust märksa rohkem negatiivse laenguga osakesi nimega müüonid, kirjutab ajakiri Tarkade Klubi.

Füüsikud ajab kihevile võimalus, et müüonid tekivad senitundmatu elementaarosakese lagunemisel. Selle osakese eluiga näib olevat 20 pikosekundit ning selle aja jooksul rändab ta ligikaudu sentimeetri, järeldavad teadlased detektorinäitudest. Sellega ei mahu arvatav osake kuidagi sellesse pilti ehk osakeste standardmudelisse, mille füüsikud on maailma seletamiseks kokku pannud.

Juba on välja käidud paar hüpoteesi nähtu seletamiseks. Ühe arvamuse kohaselt võib uudne osake olla seotud salapärase tumeda ainega, mida meie universumis on kordades rohkem kui tavalist ainet. Stringiteoorial põhineb aga mõttekäik, et ehk on see, mida näeme, seitsmemõõtmelises ruumis asuva osakese nõrk vastasmõju meie kolmemõõtmelise ruumi osakestega.

Üldiselt oodati standardmudelit ümber lükkavaid avastusi või selle kinnitamist viimase puuduva mosaiigitüki, Higgsi bosoni avastamisega suurelt tuumaosakeste põrgutilt (Large Hadron Collider, LHC), mis pärast käivitamist tekkinud rikke tõttu küll enne järgmist aastat käiku ei lähe. LHCs hakkavad osakeste kokkupõrked toimuma mitu korda suuremal energial kui Tevatronis, suurendades oluliselt võimalusi seninägemate osakeste tekkeks.

Fermilab seevastu on viimased aastad olnud eelarvekärbete tõttu pidevalt sulgemisohus, mistõttu nii mõnedki näevad sellises viimase hetke sensatsioonilises “avastuses” püüdu sulgemist edasi lükata ja tähelepanu Euroopa kiirendilt taas USA omale tõmmata.

Samuti pole kaugeltki kõik teadlased päri, et Tevatronis nähtav tõepoolest uut füüsikat ennustav — samavõrd tõenäoliseks peavad nad mõne välise teguri mõju või mõnd detektori eripärast tulenevat müraefekti.

“Lõpuks võib see osutuda millekski väga argiseks,” möönab ka Florida ülikooli füüsik ja eksperimendi pressiesindaja Jacobo Konigsberg. Ent tema sõnul on eksperimendi kallal töötanud füüsikud üritanud kuude kaupa leida üleliigsetele müüonitele seletust, ent näiteks statistilise müraga seda seletada ei saa, nähtus on liiga püsiv. “Võrrand lihtsalt ei klapi,” ütleb ta ajakirjas Nature.

“Olen kiirendi juures töötanud 1992. aastast, kuid midagi nii kummalist pole ma varem näinud,” räägib ka eksperimendi juures osalev Padua ülikooli füüsik Tommaso Dorigo. Ent, nagu ta lisab, ebatavalised väited nõuavad ebatavalisi tõendeid. “Soovin näha rohkemat, enne kui uskuma hakkan.”

Hoolimata sellest, et nähtusele veel teoreetilist seletust pole, otsustasid eksperimendiga tegelevad füüsikud tulemused avaldada, et kaasata arutellu ka kolleegid mujalt maailmast. Müüonianomaaliat kirjeldav artikkel ilmus eelmisel kuul eelavaldamisportaalis arXiv, ent kui tavaliselt lähevad sellistel juhtudel autoritena kirja kõik eksperimendi juures tegevad füüsikud, Tevatroni puhul umbes 600, siis seekord tavatul kombel ei nõustunud kolmandik neist selle artikli juurde oma nime lisamisega.

“Kui peaksin kihla vedama, ütleksin, et see pole uus füüsika,” kommenteerib Zürichi tehnoloogiainstituudi osakestefüüsik Charalampos Anastasiou. “Võiks arvata, et nii ilmne efekt oleks end varem ilmutanud.”

KOMMENTAAR

Andi Hektor, osakestefüüsik

Osakestefüüsikas on saabunud väga põnevad ajad! Viimati olid osakestefüüsikud ehk sama ärevil ligi kolm aastakümmet tagasi, mil avastati Z ja W bosonid. Need olid pikalt otsitud osakesed, mida ennustas osakestefüüsika standardmudel ja mis ise sai valmis 1970. aastatel.

Üheks põrutavaks uudiseks on ülalräägitu, Ühendriikide Tevatroni kiirendi juures asuv CDF detektor tuvastas müüonite hälbelise allika. Hälbeline ikka selles mõttes, et seda ei suudeta seletada juba mainitud standardmudeliga. Kui pole tegemist eksperimentaatorite näpukaga, on see esimene maine märk osakestest väljaspool standardmudelit. Miks maine märk? Põhjusel, et pea samal ajal ilmus teine põrutav uudis: satelliit Pamela avastas kosmoses tundmatu positronide taustkiirguse. Selle üheks põhjuseks võib olla mingi meile veel tundmatu füüsikaline efekt väljaspoolt standardmudelit.

Üllatus-üllatus, need kaks esmapilgul erinevat loodusnähtust võivad olla omavahel väga otseselt seotud. Neid seoks loodusnähtus, mida füüsikud nimetavad tumedaks aineks. Nagu nimigi ütleb, tume aine on aine, mida me ei näe. Põhjus on selles, et tume aine interakteerub selle ainega, millest koosneme meie, väga nõrgalt.

Tume aine oli algselt vajalik astronoomias ja kosmoloogias, et seletada suurte tähekoosluste ja Universumi käitumist. Tuleb välja, et nähtav aine moodustab kogu Universumi ainest vaid tühised 5 protseni ja 20 protsenti on tumeda aine käes. Ülejäänud 75 protsenti Universumi massist on peidetud salapärasesse tumedasse energiasse.

Oleme põnevate aegade lävel, kus ehk õnnestub korraga ära seletada nii tume aine kosmoloogias kui ka seotud nähtused osakestefüüsikas. Miks võibolla? Probleem on selles, et nii Tevatroni kui Pamela tulemused vajavad pikka ja põhjalikku analüüsi ning kinnitust sõltumatutelt füüsikaeksperimentidelt. Tänapäevased eksperimendid kasutavad tipptehnoloogiat, on keerulised ning masinad ja inimesed võivad vahel teha raskesti avastatavaid vigu.

Muide, heameel on, et Eesti füüsikud on nende teemadega tõsiselt seotud. Jaan Einasto kuulus nende füüsikute hulka, kelle eestvedamisel juba 1970. aastatel laiem maailma füüsikaringkond võttis omaks tumeda aine idee. Meie töörühm Tallinnas KBFI-s tegeleb Pamela andmete tõlgendamisega. Võib uhkusega tõdeda, et üks esimesi Pamela andmete analüüse ilmus meie töörühma liikmete Martti Raidali ja Mario Kadastiku ning Itaalia füüsikute Marco Cirelli ja Alessandro Strumia koostöös.

Allikas: http://forte.delfi.ee/news/teadus/article.php?id=20631776