עולמם של הזעיר-זעיר, התחום הקוונטי, יכול להיות בעל טעם אהוב.
אנחנו לא מדברים על גביעי גלידה מטוגנים, כמובן. עולם החלקיקים מחולק לשלושה מחנות, המכונים "טעמים" (אל תשאלו מדוע). לדוגמא, האלקטרונים מייצגים טעם אחד, ויש שני חלקיקים נוספים בעלי תכונות כמעט זהות, המואון והטאו, בעלי טעמים משלהם. כבר מזמן שחשדנו - אך לא הוכחנו - שכל שלושת הטעמים צריכים להיות על בסיס שווה.
אבל, אבוי, שנים של ניסויים במפיצים מתחילים לרמוז שאולי לא הכל אחיד.
תוצאות הניסויים הללו עדיין מהוססות, ולא מספיק משמעותיות כדי לטעון את התגלית האיתנה של סדק בתנ"ך של פיזיקת החלקיקים המכונה המודל הסטנדרטי. עם זאת, אם התוצאות יתמידו, הדבר יכול לפתוח את השער להבנת הכל החל מחומר אפל למקורות היקום. אתה יודע, בעיות לא פתורות משמעותיות בפיזיקה המודרנית.
טעמים סטנדרטיים
המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים שולט במלואו, ועובר בהצלחה מתקפות של ניסויים מניסויים ברחבי העולם לאורך עשרות שנים. תיאוריה זו מאחדת את ההבנה שלנו ושלושה מארבעת הכוחות הבסיסיים של היקום - אלקטרומגנטיות, גרעיני חזק וגרעיני חלש - תחת דגל קוונטי אחד. בסך הכל, זו התיאוריה הכי נבדקת בכל המדע, המסוגלת להסביר מערך עצום של אינטראקציות יסודיות.
במילים אחרות, אתה פשוט לא מתעסק עם הדגם הרגיל.
ובכל זאת, אנו יודעים שתמונה זו של העולם התת אטומי רחוקה מלהיות מושלמת. רק כדי לציין כמה דוגמאות, זה לא מסביר המוני נייטרינו או נותן לנו מושג על חומר אפל. הרוב המכריע של הפיזיקאים מאמין שיש תיאוריה אחרת, עד כה לא ידועה, המקיפה את כל מה שהמודל הסטנדרטי מסוגל להסביר ואת הדברים שהיא לא יכולה.
העניין המפוצץ יותר הוא שאנחנו לא יודעים איך נראית התאוריה הזו או אילו תחזיות היא עשויה להעלות. אז לא רק שאנחנו לא יודעים את התשובות המלאות לחיים, ליקום ולכל מה שביניהם, אנחנו גם לא יודעים איך לקבל את התשובות האלה.
כדי למצוא רמזים ל"תיאוריה טובה יותר ", החוקרים מחפשים אחר פגמים או תחזיות שגויות של המודל הסטנדרטי - סדק בתאוריה זו עשוי אולי לפתוח את הדלת למשהו גדול יותר.
אחת התחזיות הרבות של הדגם הסטנדרטי נוגעת לאופי הלפטונים, שהם חלקיקים זעירים, בודדים כמו אלקטרונים או קווארקים. הלפטונים מקובצים לשלוש כיתות, הידועות בשם דורות או טעמים תלוי איזה פיזיקאי אתה שואל. חלקיקים עם טעמים שונים יחלקו את כל אותם התכונות למעט בעלי מסות שונות. לדוגמא, לאלקטרון, המואון וחלקיק הטאו כולם בעלי אותו מטען חשמלי וסיבוב, אך המואון עולה על האלקטרון, והטאו עוד יותר - יש להם טעמים שונים.
על פי הדגם הסטנדרטי, שלושת הטעמים האלה של האלקטרון צריכים להתנהג זהה לחלוטין. אינטראקציות בסיסיות צריכות לייצר כל אחד מאלה בהסתברות שווה; הטבע פשוט לא יכול להבין את ההבדל ביניהם, כך שהוא לא ממש מעדיף טעם אחד על פני אחר.
כשמדובר בשלושת הטעמים, הטבע נוקט בגישה הנפוליטנית: כולם.
תוצאה יפה
עם זאת, כל זה תיאוריה, ולכן יש לבדוק אותה. במהלך השנים, ניסויים שונים, כמו אלה שנערכו במתחם הגדול הדרדרון ב- CERN ובמתקן BaBar, בו חלקיקי יסוד נפגשים יחד בהתנגשויות מאסיביות. החלקיקים הנוצרים שנוצרו מאותם התנגשויות עשויים לספק רמזים כיצד הטבע פועל בעומק הרמות. וכמה מההתנגשויות הללו תוכננו לראות אם הטבע אוהב טעם אחד של לפטון על פני האחרים.
בפרט, חלקיק מסוג אחד, הנקרא הקווארק התחתון, ממש נהנה להתפרק ללפטונים. לפעמים זה הופך לאלקטרון. לפעמים מיאון. לפעמים טאו. אך לא משנה מה, לשלושת הטעמים יש סיכוי שווה לצאת מההריסות.
פיסיקאים הצליחו לצבור מאות מיליונים של דעיכה שכזו בתחתית הקווארק, והתחלנו לפני מספר שנים משהו מוזר הופיע בנתונים: נראה היה שהטבע מעדיף חלקיקי טאו באינטראקציות האלה קצת יותר מאשר הלפטונים האחרים. עם זאת, זה היה בקושי מובהק מבחינה סטטיסטית, כך שקל היה לנופף את התוצאות הללו כמצב סטטיסטי גרידא; אולי פשוט לא הרצינו מספיק מההתנגשויות כדי שהכל יתאפשר.
אולם ככל שחלפו השנים, התוצאה נתקעה, כפי שמצביע הפיזיקאי אנטוניו פיץ 'מאוניברסיטת ולנסיה בספרד, בסקירה של מחקר זה שפורסם במאגר ההדפס המקדים arXiv בנובמבר. הטבע נראה עיקש למדי בכל מה שקשור לחביבתו לכאורה של חלקיק הטאו. התוצאה עדיין איננה חד משמעית, אך ההתמדה שלה לאורך השנים ובכל ניסויים שונים גרמה למגרד ראש אמיתי.
דגם לא כל כך סטנדרטי
במודל הסטנדרטי, הטעמים השונים של הלפטונים משיגים את ... טוב, הטעם ... דרך האינטראקציות שלהם עם בוזון היגס: ככל שהטעם מתקשר יותר עם ההיגס, כך המסה שלו גדולה יותר. אך אחרת הטבע אינו מבדל ביניהם, ומכאן התחזית כי כל הטעמים צריכים להופיע באופן שווה בכל האינטראקציות.
אבל אם מה שנקרא "חריגות הטעם" הם אכן תכונה אמיתית של היקום שלנו ולא רק איזשהו באג באיסוף הנתונים, אז נצטרך דרך כלשהי להסביר מדוע הטבע צריך לדאוג יותר לחלקיק הטאו מאשר לאלקטרון או למאון. אפשרות אחת היא שאולי יש יותר מסוג אחד של בוזון היגס שעף סביב - אחת שתספק את המוני האלקטרון והמואון, ואחרת שאוהבת במיוחד את הטאו ומאפשרת לו לצאת מאינטראקציות לעיתים קרובות יותר.
אפשרות נוספת היא שישנם חלקיקים נוספים שמדברים עם הטאו - חלקיקים שטרם ראינו בניסויים. או אולי יש איזו סימטריה בסיסית של הטבע החושפת את עצמה רק באמצעות לחישות של תגובות לפטון - או במילים אחרות, איזה כוח טבעי חדש שמופיע רק באינטראקציות העמומות והנדירות הללו.
עד שנדביק את העדויות (כרגע, המשמעות הסטטיסטית של ההבדל הזה היא בסביבות 3-sigma, המייצג סיכוי של 99.3% שהתוצאה הזו היא רק פלייק, ואילו "תקן הזהב" לפיזיקת החלקיקים הוא 5-sigma, או 99.97%), איננו יכולים לדעת בוודאות. אבל אם הראיות אכן מתהדקות, נוכל להשתמש בתובנה חדשה זו כדי למצוא פיסיקה חדשה מעבר למודל הסטנדרטי, ולפתוח את האפשרות להסביר את הבלתי ניתן להסבר כרגע, כמו הפיזיקה של היקום המוקדם מאוד או כל העניין שקורה. עם חומר אפל.
