Se vorbeste despre o noua fizica; sau…despre o eroare experimentala.

Experimentele realizate in cadrul studiilor de particule la acceleratoare in intreaga lume cauta sa masoare modul in care particulele se dezintegreaza. Aceste particule au o viata mai mult sau mai putin indelungata – este vorba oricum despre fractiuni de secunda – si modul in care se dezintegreaza, canalele posibile, sunt calculate de catre teoreticieni cu ajutorul asa-numitului Model Standare al fizicii particulelor elementare.

Deci de obicei se masoara dezintegrarea unei particule intr-un anumit mod, si se compara cu ceea ce este prevazut de modelul teoretic. Daca exista diferente intre cele doua valori, atunci ori teoria este gresita, ori experimentul. Cel mai interesant este evident cazul in care teoria este cea care da gres si nu reuseste sa explice rezultatul experimentului, deoarece in acest caz este vorba despre o noua descoperire.

La ora actuala atunci cand se descopera diferente intre teorie si experiment s-ar putea ca acestea sa fie datorate unei noi particule, precum ar fi o particula de materie intunecata, si care nu sunt cuprinse in cadrul Modelului Standard. Este tocmai acesta unul dintre obiectivele experimentelor la acceleratoare din lumea intreaga: descoperirea unor noi tipuri de dezintegrare care nu ar trebui sa fie acolo in Modelul Standard.

Daca asa ceva se intampla, in primul rand cercetatorii verifica ca nu este vorba despre o eroare experimentala – precum cea care acum cativa ani a dus la descoperirea gresita a unor neutrini cu viteze mai mari ca cea a luminii (si care se datora de fapt unor cabluri care nu faceau bine conexiunea).

In acest context, cercetatatorii de la experimentul KOTO din Japonia, care folosesc kaoni de la acceleratorul japonez J-PARC, au facut o descoperire care, daca va fi confirmata, este extrem de interesanta.

KOTO masoara modul in care se dezintegreaza particule numite kaoni, care la randul lor fac parte din categoria mezonilor, adica sunt compuse dintr-un quark si un antiquark. Quarcii sunt particule elementare in cadrul Modelului Standard si sunt supusi interactiunii nucleare puternice. Kaonii folositi de KOTO nu au sarcina electrica si sunt alcatuiti dintr-un quark „down” si un anti-quark „strange”. KOTO a masurat dezintegrarea acestor kaoni intr-un canal final care contine un pion neutru, compus la randul lui dintr-un quark „up” si un antiquark „up”.

Cercetatorii de la KOTO au masurat patru evenimente in care kaonii se dezintegrau intr-un pion neutru si o particula invizibila pe care nu au reusit sa o masoare. Numarul de evenimente la care se asteptau de acest fel era zero; deci cele patru evenimente masurate nu pot fi explicate in cadrul teoriei actuale.

In acest context un grup international de cercetatori a publicat recent un articol in revista Physical Review Letters (PHYSICAL REVIEW LETTERS 124, 071801 (2020)) in care ajung la concluzia ca acest rezultat poate fi explicat doar prin presupunerea ca impreuna cu pionul neutru se produce o noua particula invizibila (materie intunecata probabil) care pana la ora actuala nimeni nu a reusit sa o masoare; sau, dimpotriva, este vorba despre o fizica cu totul noua, care inca nu este inteleasa.

Evident mai exista si solutia unor erori de tip experimental, care sa dea un rezultat eronat. Tocmai din acest motiv cercetatorii colaborarii KOTO se pregatesc sa efectueze un nou experiment in care sa confirme (sau nu) rezultatul anterior.

Vom vedea deci in viitorul apropiat daca suntem in fata unei descoperiri epocale sau, dimpotriva, a unor probleme cu aparatul experimental sau cu metoda de analiza a datelor.

 

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro