Nogle gange er de bedste opdagelser dem, man slet ikke ledte efter
Du kender det der med, at du tager i supermarkedet efter mælk og kommer hjem med en fuld indkøbsvogn? Fysikere ved Thomas Jefferson National Accelerator Facility har lige haft粒子物理版本的 exactly den oplevelse.
Forskerne var på opgave: Find den mystiske Y(2175)-partikel, der har forvirret folk siden 2006. I stedet snublede de over to splitter nye strukturer. Og ærligt talt? Det her kan vise sig at være langt mere spændende end det, de oprindeligt ledte efter.
"Vi ledte efter en bekræftet XYZ-kandidat med en fotonstråle, men fandt i stedet to andre strukturer," sagde Malte Albrecht, videnskabelig medarbejder ved Jefferson Lab. "Det er ny information."
Nu ved jeg ikke med dig, men "ny information" i fysik betyder som regel: "Vi har lige åbnet en dør til noget fantastisk."
Hvad i alverden er XYZ-tilstande?
Her bliver det virkelig mærkeligt. Du husker sikkert fra fysiktimerne, at atomer består af protoner, neutroner og elektroner. Og at protoner og neutroner igen består af kvarker. Simpelt nok, ikke?
Men hold fast. Universet besluttede at gøre det mere kompliceret.
Nogle partikler passer simpelthen ikke ind i historien. Det er XYZ-tilstande — en hel familie af subatomare partikler, der spiller efter deres egne regler. De er hverken typiske kvark-antikvark-par (mesoner). Og de er heller ikke de almindelige tre-kvark-kombinationer (protoner og neutroner). De ligner noget helt tredje.
Måske er de "hybrid"-partikler med ophidsede gluoner (de partikler, der holder kvarker sammen). Måske er de "tetraquarks" — fire-kvark-konfigurationer, der lyder som science fiction. Eller måske er de noget, vi slet ikke har forestillet os endnu.
"En af mine samarbejdspartnere sammenlignede det med 1950'erne," sagde Frank Nerling, fysiker på projektet. "Dengang opdagede forskere pludselig en hel 'zoologisk have' af partikler. Nu ser vi det samme — en zoologisk have af disse eksotiske tilstande."
Mysteriet om Y(2175)
Lad os snakke om Y(2175) specifikt. Den blev først opdaget i 2006 af BaBar-eksperimentet ved SLAC, og siden da har den været et ægte hovedbrud.
Hvad er så mærkeligt ved den? For det første lever den i "strangeonium"-området — altså kvarteret for partikler med strange-kvarker. Men Y(2175) opfører sig lidt... forkert. Dens kvanteegenskaber matcher ikke det, vi ville forvente fra et normalt kvark-antikvark-par.
Det tricky ved det? Hver gang forskerne fandt den, brugte de samme metode: at kollidere elektroner og positroner (deres antistof-tvillinger). Det er som kun at finde en bestemt fugl i én bestemt skov — man begynder at undre sig over, om man mon bare overser, hvor den ellers lever.
Det ændrede sig med GlueX-eksperimentet ved Jefferson Lab.
En ny måde at kigge
Her er det, der gør den nye opdagelse virkelig interessant: Forskerne brugte en fotonstråle rettet mod et proton-mål. Sammenlign det med elektron-positron-kollisioner, der tidligere var den eneste måde at finde Y(2175) på.
Tænk på det sådan her: Forestil dig, du kun har fundet firkløvere ved at lede i solrige enge. Så beslutter nogen sig for at tjekke den skyggefulde skovbund og finder ikke bare flere firkløvere, men to helt nye kløvertyper, ingen vidste eksisterede.
Det er basically, hvad der skete her.
"Vi er i en ny æra," bemærkede Nerling. Og han har ret — efter årtier hvor Standardmodellen gav os klare svar på partikeladfærd, svømmer vi pludselig rundt i eksotiske partikler, der ikke vil passe ind i vores pæne kategorier.
Hvorfor skal du overhovedet interessere dig for det?
Fair spørgsmål. De fleste af os er ikke partikelfysikere, og chancen for at det her direkte påvirker din tirsdag er ret lille.
Men her er hvorfor, det betyder noget: Vi lærer fundamentalt set mere om, hvordan virkeligheden fungerer på sit mest grundlæggende niveau. Den stærke kernekraft — en af de fire fundamentale naturkræfter — er det, der holder kvarker sammen for at danne alt, hvad vi ser. Disse eksotiske XYZ-tilstande er i bund og grund den stærke kraft, der viser sig frem og skaber strukturer, vi ikke forventede.
Hver gang vi opdager noget, der udfordrer vores modeller, må vi spørge: Er vores forståelse ufuldstændig? Eller er universet mere kreativt, end vi har givet det credit for?
Baseret på de her resultater? Jeg satser på universet som den kreative.
Jagten fortsætter
Så hvad sker der nu? Forskerne skal bekræfte de to nye strukturer og finde ud af, præcis hvad de er. Er de hybrider? Tetraquarks? Noget helt tredje?
Den gode nyhed er, at flere detektionsmetoder (fotonstråler og elektron-positron-kollisioner) betyder, at forskerne kan sammenligne og opbygge et fyldigere billede. Det er som at have flere vidner til den samme mystiske begivenhed — jo flere perspektiver, jo klarere bliver historien.
Og ærligt? Jeg elsker, at de her fysikere snublede over noget uventet. Videnskab følger sjældent en lige linje fra spørgsmål til svar. De bedste opdagelser kommer ofte fra at holde øjnene åbne, når universet overrasker dig.
Malte Albrecht sagde det perfekt: "Det er ny information."
Ny information, ganske rigtigt. Og i et felt, hvor vi konstant bliver mindet om, hvor meget vi stadig ikke forstår, føles det som et ret godt sted at starte.
Kilde: ScienceDaily