Μία από τις θεμελιώδεις δυνάμεις του σύμπαντος φαίνεται να είναι ισχυρότερη από όσο πιστεύαμε, σύμφωνα με νέα ευρήματα που θα μπορούσαν να οδηγήσουν στον εντοπισμό νέων σωματιδίων.
Η ηλεκτρασθενής δύναμη ενοποιεί την ηλεκτρομαγνητική και την ασθενή πυρηνική δύναμη. Υπό κανονικές συνθήκες, οι δύο δυνάμεις είναι διακριτές και συμμετέχουν σε διαφορετικές διεργασίες, όπως η ασθενής δύναμη στη ραδιενεργό διάσπαση και η ηλεκτρομαγνητική δύναμη στην επίδραση σε φορτισμένα αντικείμενα. Σε πολύ υψηλές ενέργειες και θερμοκρασίες, όπως σε ορισμένα στάδια του πρώιμου σύμπαντος και σε επιταχυντές σωματιδίων, οι δύο δυνάμεις συνδυάζονται.
Ο Alessandro Conigli από το Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg του Μάιντς στη Γερμανία και οι συνεργάτες του υπολόγισαν τώρα αρκετές ιδιότητες που αποτυπώνουν την ισχύ της ηλεκτρασθενούς δύναμης με πρωτοφανή ακρίβεια και βρήκαν μια απόκλιση σε σχέση με παλαιότερους υπολογισμούς.
Ο υπολογισμός των λεπτομερειών των πυρηνικών δυνάμεων είναι διαβόητα δύσκολος. Για δεκαετίες, οι ερευνητές μπορούσαν να το κάνουν μόνο με «φαινομενολογικές μεθόδους», στις οποίες δεν έλυναν ακριβώς τις εξισώσεις, αλλά έπρεπε να ενσωματώνουν δεδομένα από πειράματα. Αυτό δυσκόλευε το να διαπιστωθεί αν οι καλύτερες θεωρητικές προβλέψεις συμφωνούσαν με τα πειραματικά ευρήματα ή όχι, καθώς οι δύο προσεγγίσεις ήταν αναμεμειγμένες.
Το 2024, η φαινομενολογική μέθοδος τέθηκε υπό αμφισβήτηση όταν ένα πείραμα με σωματίδια που ονομάζονται μιόνια φάνηκε να μην ταιριάζει με τις θεωρητικές υπολογιστικές προβλέψεις. Όταν όμως οι ερευνητές βελτίωσαν αυτούς τους υπολογισμούς με μια νέα τεχνική που ονομάζεται πλέγματική κβαντική χρωμοδυναμική (QCD), όλα λειτούργησαν ξανά.
Ο Conigli και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν την ίδια τεχνική για να υπολογίσουν δύο αριθμούς που αποτυπώνουν πώς τα κβαντικά ζεύγη εικονικών σωματιδίων και των αντισωματιδίων τους επηρεάζουν την ισχύ της ηλεκτρασθενούς δύναμης σε διαφορετικά επίπεδα ενέργειας.
Σε δύο μελέτες, η ομάδα διαπίστωσε ότι τα αποτελέσματα της πλέγματικής QCD διέφεραν από τους φαινομενολογικούς υπολογισμούς κατά περίπου 1%. Αν και μικρή, αυτή η απόκλιση είναι σημαντική, επειδή οι ερευνητές κατάφεραν να μειώσουν στο μισό τα σφάλματα στον υπολογισμό τους. Αυτό το επίπεδο ακρίβειας είναι κρίσιμο για να ξετυλιχτούν αρκετά από τα μυστήρια που δυσκολεύουν σήμερα την κατανόησή μας για τα σωματίδια.
Συγκεκριμένα, θα βοηθήσει στην αναζήτηση φαινομένων που δεν περιλαμβάνονται στο Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής, το οποίο καταγράφει όλες τις γνωστές δυνάμεις και σωματίδια, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρασθενούς δύναμης. Πρόκειται για μια εξαιρετικά δοκιμασμένη θεωρία για τον κόσμο, όμως προς το παρόν δεν εξηγεί σημαντικά φαινόμενα, όπως η σκοτεινή ύλη, η οποία είναι ιδιαίτερα άφθονη στο σύμπαν μας.
Οι ιδιότητες που υπολόγισε η ομάδα είναι πολύτιμες για να στηρίξουν τους πειραματικούς ερευνητές στην αναζήτηση νέων σωματιδίων, λέει ο Colin Morningstar από το Carnegie Mellon University στην Πενσυλβάνια. «Επαινώ την εργασία αυτή με μεγάλη θέρμη», λέει.
Ο Krishna Kumar από το University of Massachusetts Amherst λέει ότι οι μεγαλύτερες συνέπειες της μελέτης θα αφορούν μελλοντικούς επιταχυντές σωματιδίων που δεν έχουν ακόμη κατασκευαστεί, όπως ο προτεινόμενος Future Circular Collider, ο οποίος θα ξεπεράσει την ακρίβεια των υπαρχόντων πειραμάτων. «Αν κατασκευάσετε έναν νέο επιταχυντή, το ερώτημα είναι αν θα έχετε τη θεωρητική επάρκεια που χρειάζεστε για να ερμηνεύσετε τις μετρήσεις;» λέει ο Kumar.
Ο Conigli λέει ότι η νέα εργασία πρέπει να λειτουργήσει ως ενθάρρυνση και ως λόγος για να συνεχίσει η κατασκευή ολοένα και καλύτερων επιταχυντών. «Πιστεύουμε πραγματικά ότι αυτό θα μπορούσε να αλλάξει τα δεδομένα», λέει.
Physical Review Letters DOI: 10.1103/r2cx-tl7s
Physical Review D DOI: 10.1103/bk78-wtvd
Το παρόν κείμενο δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης.
