sâmbătă, septembrie 18, 2021

Despre modelul standard al particulelor și metoda cercetării

„O criză în fizică! Modelul standard este greșit!”, sugerează câteva titluri din presă, în urma anunțului că Large Hadron Collider a măsurat o violare a predicțiilor modelului standard al particulelor elementare. De fapt, noile rezultate nu sunt pe deplin surprinzătoare. Ele întăresc măsurători mai vechi: modelul standard al particulelor elementare trebuie extins, eventual cu o nouă forță fundamentală. Atenție, nu este vorba că modelul actual să fie greșit, ci ca el să fie îmbunătățit.

Povestea este următoarea. Modelul standard al particulelor elementare este în mod sigur doar o imagine parțială (trunchiată) a realității particulelor elementare. În esență, el este descris de o ECUAȚIE enormă (are nevoie de o pagină să încapă!) care descrie aproape toate interacțiunile particulelor elementare cunoscute (din aceste interacțiuni se nasc protonii, atomii, moleculele, și noi, dacă vreți). Nu toți termenii în ecuație sunt cunoscuți experimental și (mai ales) nu înțelegem de ce mulți termeni au valorile pe care le au. Ne-am dori să pornim de la niște principii axiomatice fundamentale, așa cum a făcut Einstein (și cum vor filozofii) și de acolo să ne iasă toți termenii ecuațiilor (masa electronului, sarcina quarcilor, tăria interacțiunilor etc.). Cum există lucruri încă nepotrivite în acest model standard (masa de repaus nenulă a neutrinilor, de exemplu) și cum există coincidențe neexplicate (sarcina electronului este egală cu cea a protonului, de exemplu), TOȚI, dar absolut toți fizicienii cred că acest model standard trebuie completat cu termeni noi în ecuație și anumiți termeni trebuie determinați mai bine. De fapt, ei își construiesc experimentele special cu acest scop! O astfel de coincidență în modelul standard actual este „universalitatea leptonilor”. Simetria asta spune că, în esență, interacțiunea nucleară slabă nu are vreo preferință pentru o anumită generație de leptoni (sunt trei generații, electroni, miuoni și tauoni, masa lor crescând de la electron la tauon).  Citez din articolul apărut recent https://arxiv.org/abs/2103.11769 : „această simetrie accidentală nu este o consecință a unei axiome, ca atare ar putea fi violată”. Simplu spus, în experiment am putea obține o violare a acestei simetrii și asta ar implica automat că modelul standard trebuie extins (așa cum ne așteptam). Ne-ar arăta și direcția în care să îl extindem.

Datorită acestei simetrii, modelul standard prezice (de exemplu) că un antiquarc bottom („jos” în engleză) se dezintegrează într-un antiquarc strange („ciudat” în engleză) prin intermediul forței nucleare slabe, iar printre rezultatele dezintegrării vom găsi fie un electron și un pozitron (antiparticula electronului), fie un mioun și un antimiuon, fie un tauon și un antitauon. Trei posibilități deci, toate trei cu o probabilitate aproape egală de dezintegrare, pentru că forța nucleară slabă nu are vreo preferință pentru vreuna din generațiile de leptoni (spun „aproape” pentru că e o mică diferență în experiment dată de masa lor, dar e mică și se poate compensa).

Bun…. Asta zice modelul de acum. Și, cum am spus, ne așteptăm ca această „universalitate a leptonilor” (electron, miuon, tauon) să poată fi în realitate violată, pentru că nu are nicio bază axiomatică. De aceea, cercetătorii de la Large Hadron Collider s-au pregătit din timp pentru un astfel de experiment (detaliez și eu asta în cartea „Fizica Povestită”). Au zis, hai să ne uităm la produsele de reacție ale ciocnirilor proton-proton de la LHC. Într-unele dintre ele găsim mezoni B+ (particule formate dintr-un quarc și un antiquarc bottom). Acestea se vor dezintegra, pentru că se dezintegrează antiquarcul bottom (vezi mai sus). Hai să măsurăm precis produsele dezintegrării mezonului B+ (care are viață scurtă) și să vedem în ce se dezintegrează mai mult? Într-un electron, pozitron și alte particule (prima generație) sau într-un miuon, antimiuon și alte particule (a doua generație de leptoni)?

Stânga: dezintegrarea antiquarcului b în antiquarcul s produce un lapton (electron, miuon sau particula tau) și un antilepton de aceeași generație. Dreapta: măsurătorile indică prezența unei contribuții virtuale adiționale, care ar putea fi datorată unei particule elementare noi, numită lepto-quarc. Din https://arxiv.org/abs/2103.11769

Așa că au făcut experimentul și, supriză (de acum câțiva ani de când au apărut primele rezultate) se pare că un canal de dezintegrare (cel cu electroni) este cu 25% mai probabil decât cel de-al doilea (cu miuoni). Rezultatele care au apărut recent întăresc această concluzie, doar că au o probabilitate de a greși încă mare (unu la o mie), de aceea trebuie să așteptăm încă câțiva ani, să se facă noi experimente și să se analizeze mai bine, pentru ca probabilitatea de a greși să scadă sub 1 la 3.5 milioane (cerinta oficială în fizica particulelor elementare). Este interesant că această aparentă violare a universalității se manifestă atunci când un quarc se dezintegrează într-un mezon și nu neapărat când un boson W real se dezintegrează.

Să zicem însă că rezultatul experimental rămâne. Se destramă modelul standard al particulelor elementare? Nici vorbă! El va fi îmbunătățit, completat, cu noi termeni pentru a descrie mai bine realitatea. Practic, modelul primește un reglaj mai fin. Ce sunt acei noi termeni? Unii spun că ei vor descrie o nouă particulă fundamentală a naturii: un boson pe numele lui lepto-quarc (pentru că interacționează atât cu leptonii cât și cu quarcii). Și, cum orice boson este un purtător al unei forțe, ar fi vorba de o forță fundamentală nouă, în plus față de cele cunoscute.

Schema de mai sus este probabilă. În cazul în care rezultatul experimental se păstrează, vom mai adăuga un nou element în puzzle-ul naturii descris de modelul standard. Dar, atenție, o nouă forță fundamentală a Cosmosului nu înseamnă că gata, am găsit „forța gândului”, sau „vocea ascunsă a cosmosului” etc. Înseamnă că am descoperit o nouă forță, care există deja și pe care nu am văzut-o, pentru că nu a apărut în experimente până acum. Nimic spectaculos. Mai mult, se poate ca noua forță să fie în viitor unificată cu forțele deja existente, printr-o simetrie superioară, care nu ar face decât să simplifice modelul standard. Sau se poate ca noua forță să fie un indiciu pentru a explica alte lucruri (materia întunecată, masa de repaus nenulă a neutrinilor, etc.)

Până la urmă, povestea asta, așa cum v-am povestit-o eu, nu aduce nimic senzațional, misterios sau magic în lumea în care trăim. Este o poveste matematică despre cum se comportă particulele elementare în experimente. Dar este una foarte fascinantă pentru fizicieni și oamenii de știință. Dar, hei, până la urmă, nu sunt ei cei care au schimbat fața lumii prin ceea ce cunoștințele lor au permis tehnologiei?

Distribuie acest articol

14 COMENTARII

  1. Fascinant. Ecuatia completa care va descrie exhaustiv universul va putea fi scrisa doar pe o foaie mare cat universul , nici mai mare ca ar fi risipa nici mai mica deoarece n-ar fi destula. Simbolurile de pe foaia aia ar fi exact toate obiectele, fenomenele si fortele universului, si asa cum pe masura ce stim mai multe ne hiperspeciaizam, fiecare simbol se va descrie si cunoaste perfect doar pe sine.
    Deoarece pisica din cutie si deoarece daca totul este descriptibil deci cuantificabil atunci totul este predeterminat inclusiv si mai ales noi. Si voi.

  2. Încurcate mai sunt căile Domnului! Mai ales în fizica particulelor elementare. Autorul este optimist, dar pe fond suntem într-o fundătură, care tot creşte. Un singur exemplu: descoperirea bosonului Higgs a creat mai multe nelămuriri decât clarificări.

    • „şi-ntocmai cum cu razele ei albe luna
      nu micşorează, ci tremurătoare
      măreşte şi mai tare taina nopţii,
      aşa îmbogăţesc şi eu întunecata zare
      cu largi fiori de sfânt mister”

      Eu nu strivesc corola de minuni a lumii (Lucian Blaga)

    • Fundatura ? Poti sa o chemi fundatura dar in esenta e ceea ce se intampla cand pui un microscop electronic sa faca topografia unui ciocan vechi . Tot felul de forme de relief surprinzatoare si posibil de neinteles cu influenta zero asupra realitatii macroscopice .

  3. „coincidențe neexplicate (sarcina electronului este egală cu cea a protonului, de exemplu)”

    pai daca protonul (etc) ar avea sarcina +2 si electronul (etc) sarcina -1, universul ar contine de doua ori mai multe particule cu sarcina negativa decat cu sarcina pozitiva; ar fi ca si cum o actiune ar putea genera doua reactiuni distincte in acelasi timp si in acelasi punct; de ex. presiunii pozitive pe refularea unei pompe i-ar corespunde doua presiuni negative diferite in aceeasi sectiune de aspiratie;

    daca figura din stanga e destul de sugestiva, in dreapta nu e deloc clar ce hram poarta leptoquarkul, asa ca am mai facut ceva sapaturi: https://sciencex.com/news/2021-03-evidence-physics-cern-cautiously-optimistic.html
    „When the result came up on the screen, the anomaly was still there—around 85 muon decays for every 100 electron decays, but with a smaller uncertainty than before.”
    „One possibility is a fundamental particle called a „Z prime”—in essence a carrier of a brand new force of nature. This force would be extremely weak, which is why we haven’t seen any signs of it until now, and would interact with electrons and muons differently.
    Another option is the hypothetical „leptoquark”—a particle that has the unique ability to decay to quarks and leptons simultaneously and could be part of a larger puzzle that explains why we see the particles that we do in nature. ”

    vasazica leptoquarkul era de mai demult dat in urmarire generala si i se cam pune in carca orice noua violare a modelului standard

  4. Domnule Presura, multumesc pt f interesantul articol!!!!!!!!ati scris:
    „În esență, el este descris de o ECUAȚIE enormă (are nevoie de o pagină să încapă!) care descrie aproape toate interacțiunile particulelor elementare cunoscute (din aceste interacțiuni se nasc protonii, atomii, moleculele, și noi, dacă vreți). Nu toți termenii în ecuație sunt cunoscuți experimental și (mai ales) nu înțelegem de ce mulți termeni au valorile pe care le au.”
    Si care sint interactiunile particulelor elementare care nu apar in ecuatie?si de ce?
    In privinta leptoquarkului care ar putea descrie materia intunecata: ultimile informatii despre dark matter pe care le cunosc afirma ca aceasta nu ar fi decit materia unui univers paralel care nu interactioneaza cu al nostru.Posibil?
    Cum ramine cu „dark energy” care ar forma cel putin 70 % din univers?
    Cit despre faimosul bozon Higgs: intr-unul episod al ultimului sezon al excelentei serii gazduite de M Freeman „Through The Worm Hole” se afirma ca e nevoie de cel putin 3 bozoni de acelasi tip pt a explica ce da masa materiei.Cit de adevarat este asta?
    Va multumesc, duminica placuta!!!

    • Materia neagră INFLUENŢEAZĂ Universul nostru provocând( probabil….) prin acţiune gravitaţională dilatarea ACCELERATĂ a Universului nostru vizibil.

      • @Lucifer: esti sigur, domnule? Eu cred ca le incurci, DARK ENERGY provoaca dilatarea accelerata a universului nostru vizibil.
        Numai bine!!!!!

  5. Interesant, dar impresia mea e ca modelul standard are un dejavantaj principial: descrie universul in termeni de particule si forte. Dupa opinia mea ar trebui sa descrie universul in termeni de vibratii si campuri. De ce? Pentru ca universul nu e doar materie, fie ea si intunecata, ci si spirit. Iar spiritul nu-l poti reprezenta in particule, ci in vibratii. Dar se va ajunge si acolo, incet, incet. Teoria corzilor face deja asta, insuficient inca dar se poate imbunatati pe parcurs. Doar o teorie care cupleaza materia cu spiritul poate explica satisfacator universul. Opinia mea.

    • Care e „cimpul spiritului” care excitat ar da „particula spiritului”? (Asta prin analogie cu Cimpul Higgs care, ce sa vezi, chiar asa se comporta, il exciti si da o particula. Una din probabil 3(?) deocamdata).
      Puneti si un model matematic in spatele predictiei asteia sau trebuie s-o luam de buna, opinia dv fiind un argument suficient? Ca necesar zau ca nu e.
      Inca: ce intelegeti prin „a explica satisfacator universul”?

    • pai fortele definesc campuri si particulele vibratii;
      de exemplu, ecuatia Schrodinger defineste electronul ca o vibratie (unda) stationara;
      m-ati facut curios: in teoria corzilor cum se manifesta si se transmite energia gandului ?

      • Corect, e similar cu teoria luminii. Prima data s-a incercat sa se mearga pe particule, mai apoi s-au descoperit undele. Explicatia prin unde e mai buna decat cea prin particule. Particula e un caz particular de unda (stastionara). Deci ideea e de a se exprima toata teoria in ecuatii ale undelor si campurilor, in loc de ecuatii ale particulelor. Pariculele sa fie privite ca si cazuri limita ale undelor. Eu cred ca intr-acolo se indreapta fizica viitorului.

      • ma rog, interpretati cum doriti dvs.;
        dar gandurile sunt un caz particular de informatie, care e un caz particular de maxima structurare a unui minim de energie, pe care nu o percepem tocmai pentru ca nu prea vibreaza :) sau ma rog, vibreaza numai in reteaua neuronala, fara sa interactioneze cu restul materiei; gandurile ar putea fi mai usor reprezentate prin particule: un cub rubik de particule ar putea reprezenta un gand :)

        • Io zic ca gandurile sint cel mai bine reprezentate prin vorbe cu doua intelesuri , de unde si teoria cuantica ( :P ) si da, ele gandurile se ascund cel mai bine perceptiei tot prin vorbe. De-aia se si zice ca te face din vorbe sau ca un cuvant poate taia mai rau decat o sabie. Sau mai bine. Depinde din care parte a fenomenului privesti: dinspre unda sau dinspre particula. Tot de-aia s-a inventat cratima:
          una e cand ai gasit o capra in gradina si alta e cand ai gasit-o capra in gradina.
          Nu ?

LĂSAȚI UN MESAJ

Please enter your comment!
Please enter your name here

Prin adaugarea unui comentariu sunteti de acord cu Termenii si Conditiile site-ului Contributors.ro

Autor

Cristian Presurahttps://www.facebook.com/stiintaclub
Fizician, cercetator la compania Philips, Olanda (canal youtube) Autor al lucrarii "Fizica Povestita", aparuta la editura Humanitas in anul 2014. Absolvent al facultatilor de electrotehnica si de fizica, Cristi a obtinut doctoratul in fizica la Universitatea Groningen, Olanda, in anul 2002, unde a caracterizat proprietatile optice ale sistemelor corelate de electroni. Rezultatele sale s-au concretizat in lucrari publicate in reviste de specialitate: Physical Review Letters si Science. In prezent este cercetator la compania Philips, Olanda, unde s-a specializat in domeniul senzorilor medicali. Impreuna cu echipa sa, a inventat si introdus pe piata primul ceas capabil sa masoare pulsul sportivilor, numai pe baza senzorilor optici. A publicat mai multe zeci de lucrari si brevete de inventie. Este membru al asociatiei cercetatorilor romani Ad Astra. In fiecare zi, Cristi descrie, pe scurt, cate o stire din stiinta, pe pagina sa de Facebook: https://www.facebook.com/presura

Carte recomandată

“Să nu apună soarele peste mînia noastră. Un psiholog clinician despre suferința psihică” – Andrada Ilisan

”Berdiaev spune că la Dostoievski singura afacere, cea mai serioasă, cea mai adîncă e omul. Singura afacere de care sînt preocupați toți în Adolescentul e să dezlege taina lui Versilov, misterul personalității sale, a destinului său straniu. Dar la fel e și cu prințul din Idiotul, la fel e și cu Frații Karamazov, la fel e și cu Stavroghin în Demonii. Nu există afaceri de altă natură. Omul este deasupra oricărei afaceri, el este singura afacere. Tot omul e și-n centrul acestei cărți. Și lipsa lui de speranță.” Continuare…

 

 

 

Carte recomandată

”Incursiunile în culisele puterii lui Vladimir Putin îi oferă cititorului panorama plină de nuanţe, paradoxuri şi simulacre a unui regim autocratic unic în felul său. Analizele lui Armand Goşu sînt articulate elegant şi se inspiră din monitorizarea directă a evenimentelor, ceea ce ne permite să traversăm nevătămaţi labirintul slav întins între Sankt-Petersburg şi Vladivostok.” (Teodor Baconschi)

Cumpara cartea, 39.95 RON

Daca doriti un exemplar cu autograf accesati linkul acesta

 

Esential HotNews

Top articole

România, septembrie 2021: radiografia unui impas

Septembrie 2021 este, în România, momentul unui alt impas istoric. Scenele de pugilat din Parlament, isteria mediatică, confuzia guvernamentală, toate acestea sunt...

Despre educația morală a copiilor

Motto: V-am dat clasă cu opt clase /S-a terminat șmecheria / Sunt rege pe România! (Abi Talent)

Când plouă în Groenlanda e începutul apocalipsei climatice?

Așa s-ar putea deduce pe baza știrilor alarmiste declanșate de următorul anunț oficial: Pe 14 august 2021, în cel...

Era post-Merkel și soarta est-europenilor: continuarea integrării europene și restabilirea integrității teritoriale

Germania pășește inevitabil în direcția unei tranziții politice de importanță majoră, provocată de sfârșitul guvernării cancelarului Angela Merkel, care a durat neîntrerupt...

Când oamenii mici lasă umbre mari înseamnă că soarele e la asfințit

                                                 Una din acele istorii care se vor adevărate, deşi nimeni nu ştie cât sunt de exacte,...

contributors.ro

Contributors.ro este intr-o permanenta cautare de autori care pot da valoare adaugata dezbaterii publice. Semnaturile noi sunt binevenite cata vreme respecta regulile de baza ale site-ului. Incurajam dezbaterea relaxata, bazata pe forta argumentelor.
Contact: editor[at]contributors.ro

MIHAI MACI – Cel de-al doilea volum din Colectia Contributors.ro

„Atunci când abdică de la menirea ei, școala nu e o simplă instituție inerțială, ci una deformatoare. Și nu deformează doar spatele copiilor, ci, în primul rând, sufletele lor. Elevul care învață că poate obține note mari cu referate de pe internet e adultul de mâine care va plagia fără remușcări, cel care-și copiază temele în pauză va alege întotdeauna scurtătura, iar cel care promovează cu intervenții va ști că la baza reușitei stă nu cunoașterea, ci cunoștințele. Luate indi­vidual, lucrurile acestea pot părea mărunte, însă cumulate, ele dau măsura deformării lumii în care trăim și aruncă o umbră grea asupra viitorului pe care ni-l dorim altfel.” – Mihai Maci Comanda cartea cu autograful autorului. Editie limitata.