Câteodată cele mai bune descoperiri sunt cele pe care nu le căutai

Știi senzația când te duci la supermarket pentru lapte și ieși cu un cărucior plin de lucruri neașteptate? Ei bine, fizicienii de la Thomas Jefferson National Accelerator Facility tocmai au trăit echivalentul acelei experiențe în fizica particulelor.

Acești oameni de știință aveau o singură misiune: să găsească o particulă exotică numită Y(2175) — un personaj misterios care îi nedumerise pe cercetători încă din 2006. În schimb, au descoperit două structuri complet noi pe care nimeni nu le prevăzuse. Și sincer? S-ar putea să fie chiar mai interesant decât ce căutau ei de fapt.

„Am plecat să căutăm un candidat XYZ confirmat folosind un fascicul de fotoni, dar am găsit în schimb alte două structuri," a declarat Malte Albrecht, cercetător la Jefferson Lab. „E o informație nouă."

Ei bine, eu una zic că „informație nouă" în fizică se traduce de obicei prin „tocmai am deschis o ușă spre ceva extraordinar."

Ce sunt, mai exact, particulele XYZ?

Aici lucrurile devin cu adevărat ciudate. Probabil îți amintești din liceu că atomii sunt formați din protoni, neutroni și electroni. Iar protonii și neutronii sunt alcătuiți din particule și mai mici, numite quarcuri. Destul de simplu, nu?

Ei bine, stai puțin, pentru că universul a decis să fie mai complicat de-atât.

Unele particule pur și simplu nu se încadrează în povestea pe care credeam că o înțelegem. Sunt starurile XYZ — o întreagă familie de particule subatomice care par să respecte reguli proprii. Nu sunt perechile obișnuite de quarc-antiquarc (numite mezoni). Nu sunt nici combinațiile standard de trei quarcuri (precum protonii și neutronii). Par să fie ceva complet diferit.

Poate sunt particule „hibride" cu gluoni excitați (acele particule care țin quarcurile împreună). Poate sunt „tetraquarcuri" — configurații de patru quarcuri care sună ca ceva din ficțiunea științifică. Sau poate sunt ceva la care nici nu ne-am gândit încă.

„Unul dintre colaboratorii mei a comparat situația cu anii 1950," a spus Frank Nerling, fizician care lucrează la acest proiect. „Pe atunci, cercetătorii au descoperit brusc un întreg ,zoologic' de particule. Acum vedem ceva similar — un zoologic de stări exotice."

Misterul Y(2175)

Să vorbim specific despre Y(2175). Identificată prima dată în 2006 de experimentul BaBar de la SLAC, această particulă a fost o adevărată enigmă pentru aproape douăzeci de ani.

Ce are atât de ciudat? Pentru început, locuiește în „regiunea strangeonium" — basically zona particulelor care conțin quarcuri strange. Dar Y(2175) se comportă puțin... ciudat. Proprietățile sale cuantice nu se potrivesc cu ce am aștepta de la o pereche normală de quarc-antiquarc.

Partea complicată? De fiecare dată când oamenii de știință au găsit-o, au folosit aceeași metodă: ciocnirea electronilor cu pozitronii (frații lor de antimaterie). E ca și cum ai găsi o anumită pasăre doar într-o singură pădure — începi să te întrebi dacă nu cumva ratezi alte locuri unde ar putea trăi.

Asta s-a schimbat odată cu experimentul GlueX de la Jefferson Lab.

O altă perspectivă

Iată ce face această descoperire nouă cu adevărat interesantă: cercetătorii au folosit un fascicul de fotoni îndreptat spre o țintă de protoni. Comparați asta cu ciocnirile electron-pozitron care fuseseră până acum singura metodă de a detecta Y(2175).

Gândește-te așa: imaginează-ți că ai găsit trifoi cu patru foi doar în poienițe însorite. Apoi cineva decide să caute în pădurea umbrită și găsește nu doar mai mulți trifoi cu patru foi, ci și două tipuri complet noi de trifoi pe care nimeni nu știa că există.

Cam asta s-a întâmplat aici.

„Suntem într-o eră nouă," a observat Nerling. Și are dreptate — după decenii în care Modelul Standard ne-a oferit răspunsuri destul de clare despre comportamentul particulelor, deodată ne confruntăm cu particule exotice care nu vor să se încadreze în categoriile noarte ordonate.

De ce ar trebui să te intereseze?

Întrebare legitimă. Majoritatea dintre noi nu suntem fizicieni de particule, iar șansele ca asta să-ți afecteze direct marți sunt destul de mici.

Dar iată de ce contează: învățăm fundamental mai multe despre cum funcționează realitatea la cel mai de bază nivel. Forța nucleară puternică — una dintre cele patru forțe fundamentale ale naturii — este cea care ține quarcurile împreună pentru a forma tot ce vedem. Aceste stări exotice XYZ sunt, în esență, forța puternică care se laudă, creând structuri la care nu ne așteptam.

De fiecare dată când descoperim ceva care provoacă modelele noastre, trebuie să ne întrebăm: Este înțelegerea noastră incompletă? Sau e universul mai creativ decât i-am acordat credit?

Bazându-ne pe aceste rezultate? Eu pariez că universul e mai creativ.

Vânătoarea continuă

Deci ce urmează? Cercetătorii vor trebui să confirme aceste două structuri noi și să-și dea seama exact ce sunt. Sunt hibrizi? Tetraquarcuri? Ceva complet diferit?

Veștile bune sunt că având multiple metode de detectare (fascicule de fotoni și ciocniri electron-pozitron), oamenii de știință pot compara rezultatele și construi o imagine mai completă. E ca și cum ai avea mai mulți martori ai aceluiași eveniment misterios — cu cât mai multe perspective, cu atât povestea devine mai clară.

Și sincer? Îmi place că acești fizicieni au dat peste ceva neașteptat. Știința rareori urmează o linie dreaptă de la întrebare la răspuns. Cele mai bune descoperiri vin adesea din a-ți ține ochii deschiși când universul te surprinde.

Malte Albrecht a spus-o perfect: „E o informație nouă."

Informație nouă, într-adevăr. Și într-un domeniu unde suntem constant amintiți cât de mult nu înțelegem încă, asta pare un punct de plecare destul de bun.

Sursă: ScienceDaily