Někdy ty nejlepší objevy přijdou úplně nečekaně
Znáš to – jdeš do obchodu pro mléko a vrátíš se s plným nákupním vozíkem něčeho, co vůbec nemáš v plánu. Fyzici z Thomas Jefferson National Accelerator Facility právě zažili something similar. Akorát v měřítku subatomárních částic.
Jejich cílem bylo najít exotickou částici Y(2175) — záhadný úkaz, který vědce mate už od roku 2006. Místo toho narazili na dvě úplně nové struktury, které nikdo nečekal. A upřímně? Tahle náhoda může být nakonec mnohem vzrušující než původní cíl.
„Hledali jsme potvrzeného kandidáta na XYZ částici pomocí fotonového svazku, ale našli jsme dvě úplně jiné struktury," řekl Malte Albrecht, vědecký pracovník Jefferson Lab. „Jsou to nové informace."
A upřímně, „nové informace" ve fyzice obvykle znamená „právě jsme otevřeli dveře něčemu úžasnému."
Co jsou vlastně ty XYZ stavy?
Tady to začíná být opravdu divné. Určitě víš, že atomy se skládají z protonů, neutronů a elektronů. A protony s neutrony se skládají z ještě menších částic — kvarků. Jednoduché, že?
No, vesmír se rozhodl, že to bude složitější.
Některé částice prostě nezapadají do příběhu, kterému jsme věřili. Říká se jim XYZ stavy — celá rodina subatomárních částic, které si hrají podle vlastních pravidel. Nejsou to klasické páry kvark-antikvark (tzv. mezony). Nejsou to ani běžné trojice kvarků jako protony a neutrony. Vypadají úplně jinak.
Možná jsou to „hybridní" částice s excitovanými gluony — ty drží kvarky pohromadě. Možná jde o „tetraquarky" — konfigurace čtyř kvarků, které zní jako sci-fi. Nebo možná jde o něco, co si ještě nikdo nepředstavil.
„Jeden z mých spolupracovníků to přirovnal k padesátým létům," řekl Frank Nerling, fyzik pracující na projektu. „Tehdy vědci najednou objevili celou ,zoo' částic. Teď vidíme něco podobného — zoo těchto exotických stavů."
Záhada Y(2175)
Pojďme se podívat konkrétně na Y(2175). Tuto částici poprvé spatřil experiment BaBar ve SLAC v roce 2006 a od té doby mate výzkumníky.
Co je na ní tak zvláštní? Za prvé, žije v oblasti „strangeonia" — tedy v sousedství částic obsahujících podivné kvarky. Ale Y(2175) se chová trochu divně. Její kvantové vlastnosti nesedí s tím, co bychom čekali od normálního páru kvark-antikvark.
Ten háček? Pokaždé, když ji vědci našli, použili stejnou metodu: sráželi elektrony s pozitrony (jejich antihmotnými dvojníky). Je to jako kdybys daného ptáka viděl vždycky jen v jednom konkrétním lese — začneš se ptát, jestli třeba nežije i jinde.
Až dosud to tak bylo. Až přišel experiment GlueX v Jefferson Lab.
Úplně nový pohled
Tady je to opravdu zajímavé: vědci použili fotonový svazek mířící na protonový cíl. Oproti elektron-pozitronovým srážkám, které byly až doteď jediným způsobem, jak Y(2175) spatřit.
Představ si to takhle: Kdybys čtyřlístky nacházel vždycky jen na slunných loukách. A pak někdo prozkoumá stinnou lesní půdu a najde nejen další čtyřlístky, ale rovnou dva úplně nové druhy jeteloviny, o kterých nikdo nevěděl.
V podstatě přesně to se stalo tady.
„Jsme v nové éře," podotkl Nerling. A má pravdu — po desetiletích, kdy nám Standardní model dával docela jasné odpovědi na chování částic, najednou plaveme v moři exotických částic, které se nechtějí vejít do našich úhledných kategorií.
Proč by ti to mělo být jedno?
Spravedlivá otázka. Většina z nás nejsou částicoví fyzici a šance, že tě tenhle objev ovlivní v úterý, jsou poměrně malé.
Ale tady je důvod, proč to záleží: Základně se učíme víc o tom, jak realita funguje na té nejzákladnější úrovni. Silná jaderná síla — jedna ze čtyř fundamentálních sil přírody — drží kvarky pohromadě a vytváří vše, co vidíme. Ty exotické XYZ stavy jsou vlastně silná síla v akci, vytváří struktury, které jsme nečekali.
Pokaždé, když objevíme něco, co narušuje naše modely, musíme se ptát: Je náš chápání neúplné? Nebo je vesmír kreativnější, než jsme si mysleli?
Podle těchto výsledků? Vsadil bych na vesmír.
Lov pokračuje
Tak co bude dál? Vědci musí potvrdit ty dvě nové struktury a zjistit, co přesně jsou. Jsou to hybridy? Tetraquarky? Něco úplně jiného?
Dobrá zpráva je, že více detekčních metod (fotonové svazky i elektron-pozitronové srážky) znamená, že vědci můžou srovnávat výsledky a budovat úplnější obraz. Jako kdybys měl víc svědků té samé záhadné události — čím víc perspektiv, tím jasnější příběh.
A upřímně? Miluju, že tihle fyzici narazili na něco nečekaného. Věda málokdy jde rovně z otázky k odpovědi. Ty nejlepší objevy přicházejí, když máš oči otevřené a vesmír tě překvapí.
Malte Albrecht to řekl skvěle: „Jsou to nové informace."
Nové informace. A v oboru, kde nás neustále připomínají, kolik toho ještě nevíme, to je docela skvělý začátek.