Πιθανή ανίχνευση μυστηριώδους σωματιδίου μάζας 28 GeV στον LHC. Has new ghost particle manifested at Large Hadron Collider?

Scientists at the Cern nuclear physics lab near Geneva are investigating whether a bizarre and unexpected new particle popped into existence during experiments at the Large Hadron Collider. ‘I’d say theorists are excited and experimentalists are very sceptical,’ said Alexandre Nikitenko, a theorist on the CMS team who worked on the data. Photograph: CERN

Οι φυσικοί στο εργαστήριο πυρηνικής φυσικής του CERN προβληματίζονται για το αν εμφανίστηκε ή όχι, ένα μη αναμενόμενο και μυστηριώδες σωματίδιο κατά την διάρκεια των συγκρούσεων πρωτονίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC: Large Hadron Collider).

Οι ερευνητές που εργάζονται στον ανιχνευτή Compact Muon Solenoid (CMS) κατέγραψαν κάποια περίεργα γεγονότα στα δεδομένα τους, πίσω από τα οποία μπορεί να κρύβεται ένα άγνωστο σωματίδιο με μάζα δυο φορές την μάζα ενός ατόμου άνθρακα.

Η ύπαρξη ενός νέου τέτοιου σωματιδίου προκαλεί ενθουσιασμό, αλλά και αμηχανία στους φυσικούς. Προς το παρόν καμία από τις γνωστές θεωρίες δεν περιγράφει ένα τέτοιο σωματίδιο, αν και πολλοί θεωρητικοί φυσικοί πρέπει εργάζονται σκληρά αυτή τη στιγμή, για να το συμπεριλάβουν στα μοντέλα τους.

Σύμφωνα με τον Alexandre Nikitenko, θεωρητικό της ομάδας CMS «οι θεωρητικοί φυσικοί είναι ενθουσιασμένοι και οι πειραματικοί πολύ δύσπιστοι. Ως φυσικός είμαι πολύ επιφυλακτικός, αλλά ως συγγραφέας της εργασίας (searches for low-mass resonances) πρέπει να είμαι αισιόδοξος».

Σε δυο ξεχωριστές αναλύσεις η ομάδα του CMS βρήκε στοιχεία (επιπλέον παραγωγή μιονίων μ⁺μ^–) που υποδεικνύουν ένα νέο σωματίδιο μάζας 28 GeV, λίγο μικρότερη από το ¼ της μάζας του μποζονίου Higgs, που ανιχνεύθηκε το 2012. 

Το σίγουρο είναι πως το σωματίδιο αυτό, αν επιβεβαιωθεί η ύπαρξή του, δεν είναι το ελαφρύτερο ξαδερφάκι του μποζονίου Higgs που αναζητούσαν οι ερευνητές του CMS. Αυτό που περιπλέκει τα πράγματα είναι πως τα γεγονότα που υποδεικνύουν την ύπαρξη του νέου σωματιδίου, εμφανίζονται συχνότερα στις συγκρούσεις πρωτονίων χαμηλότερης ενέργειας σε σχέση με αυτά που εμφανίζονται σε συγκρούσεις υψηλότερης ενέργειας μετά την αναβάθμιση του LHC. Σύμφωνα με τον Nikitenko, αυτό θα μπορούσε να εξηγηθεί, εφόσον παράγονται περισσότερα σωματίδια «υποβάθρου» σε υψηλότερες ενέργειες, των οποίων το σήμα χάνεται στη συνέχεια. Επειδή η ανάλυση είναι πολύ χρονοβόρα θα χρειαστεί άλλος ένας χρόνος για την οριστική επιβεβαίωση ή απόρριψη του νέου σωματιδίου.

Μια ανεξάρτητη μελέτη είχε ήδη αναφέρει από το 2016 πιθανές ενδείξεις για ένα παρόμοιο σωματίδιο. Ο Arno Heister ανέλυσε εκ νέου παλαιότερα δεδομένα που είχε συγκεντρώσει ο ALEPH, από το 1992 έως 1995, τα οποία περιείχαν επιπλέον παραγωγή ζευγών μιονίου-αντιμιονίου ή ηλεκτρονίου-αντιηλεκτρονίου. Ο ALEPH ήταν ένας ανιχνευτής στον επιταχυντή-πρόγονο του LHC, τον LEP (Large Electron–Positron collider). Η μελέτη του έδειχνε ένα νέο σωματίδιο στα 30GeV.

Ο Georg Weiglein, Γερμανός θεωρητικός φυσικός στο Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) δήλωσε ότι θα είναι πολύ δύσκολο να βρούμε ένα θεωρητικό μοντέλο που να περιέχει σωματίδιο σαν αυτό που εμφανίζεται στον ανιχνευτή CMS. Αυτό όμως δεν αποκλείει το ενδεχόμενο το σωματίδιο να είναι πραγματικό. Αντίθετα θα ήταν ακόμα πιο συναρπαστικό αν το σωματίδιο αυτό δεν ταιριάζει με τα υπάρχοντα θεωρητικά μοντέλα.

Την οριστική απάντηση θα δώσει η μελέτη όλων των δεδομένων του ανιχνευτή CMS, αλλά και η αντίστοιχη ανάλυση και δημοσίευση των δεδομένων του ανιχνευτή ATLAS.

Πηγές: https://www.theguardian.com/science/2018/oct/31/has-new-ghost-subatomic-particle-manifested-at-large-hadron-collider - https://physicsgg.me/2018/10/31/