Czasem najlepsze odkrycia to te, których w ogóle nie szukaliśmy
Znasz to uczucie, gdy idziesz do sklepu po mleko, a wracasz z pełnym koszykiem rzeczy, o których wcześniej nie miałeś pojęcia? Właśnie taki moment przeżyli fizycy z Narodowego Laboratorium Akceleratora Thomasa Jeffersona.
Naukowcy mieli jeden cel: znaleźć konkretną egzotyczną cząstkę zwaną Y(2175) — tajemniczą bestię, która męczy badaczy od 2006 roku. Tymczasem odkryli dwie zupełnie nowe struktury, których nikt się nie spodziewał. I szczerze? Może to się okazać nawet ciekawsze niż to, czego pierwotnie szukali.
„Szukaliśmy potwierdzonego kandydata XYZ za pomocą wiązki fotonów, ale zamiast tego znaleźliśmy dwie inne struktury" — powiedział Malte Albrecht, pracownik naukowy Jefferson Lab. „To nowa informacja."
Nie wiem jak ty, ale „nowa informacja" w fizyce zazwyczaj oznacza „właśnie uchyliliśmy drzwi do czegoś niesamowitego".
Co to właściwie są te stany XYZ?
Tu robi się naprawdę dziwnie. Prawdopodobnie pamiętasz ze szkoły, że atomy składają się z protonów, neutronów i elektronów. A protony i neutrony z jeszcze mniejszych cząstek zwanych kwarkami. Proste, prawda?
Cóż, trzymaj się, bo wszechświat postanowił być bardziej skomplikowany.
Niektóre cząstki po prostu nie pasują do obrazu, który uważaliśmy za słuszny. To stany XYZ — cała rodzina subatomowych cząstek, które jakby miały własne zasady. To nie są typowe pary kwark-antykwark (tak zwane mezony). Nie są też standardowymi konfiguracjami trójkwarkowymi (jak protony i neutrony). Wyglądają na coś zupełnie innego.
Może to „hybrydowe" cząstki z wzbudzonymi gluonami (to te cząstki, które trzymają kwarki razem). Może to „tetraquarki" — konfiguracje czterokwarkowe, które brzmią jak coś z science fiction. Albo może to coś, czego jeszcze sobie nie wyobrażiliśmy.
„Jeden z moich współpracowników porównał to do lat pięćdziesiątych" — powiedział Frank Nerling, fizyk pracujący nad projektem. „Wtedy naukowcy nagle odkryli całe 'zoo' cząstek. Teraz widzimy coś podobnego — zoo tych egzotycznych stanów."
Tajemnica Y(2175)
Porozmawiajmy konkretnie o Y(2175). Po raz pierwszy zauważona w 2006 roku przez eksperyment BaBar w SLAC, ta cząstka od prawie dwóch dekad spędza naukowcom sen z powiek.
Co jest w niej takiego dziwnego? Po pierwsze, żyje w „rejonie strangeonium" — zasadniczo w sąsiedztwie cząstek zawierających kwarki dziwne. Ale Y(2175) zachowuje się trochę... nie tak. Jej właściwości kwantowe nie zgadzają się z tym, czego oczekiwaliśmy od zwykłej pary kwark-antykwark.
Najtrudniejsze? Za każdym razem, gdy naukowcy ją znajdowali, używali tej samej metody: zderzali elektrony z pozytonami (ich antymateryjnymi bliźniakami). To jakby znajdować pewnego ptaka tylko w jednym konkretnym lesie — zaczynasz się zastanawiać, czy może po prostu nie widzisz, gdzie indziej mógłby żyć.
To się właśnie zmieniło dzięki eksperymentowi GlueX w Jefferson Lab.
Inny sposób patrzenia
Oto co czyni to nowe odkrycie naprawdę interesującym: badacze użyli wiążki fotonów uderzającej w cel protonowy. Porównaj to ze zderzeniami elektron-pozyton, które do tej pory były jedynym sposobem dostrzeżenia Y(2175).
Pomyśl o tym tak: wyobraź sobie, że koniczyny czterolistne znajdowałeś zawsze tylko na słonecznych łąkach. A potem ktoś postanawia sprawdzić zacienioną glebę lasu i znajduje nie tylko więcej koniczyn czterolistnych, ale też dwa zupełnie nowe typy koniczyny, o których nikt nie wiedział.
Mniej więcej to właśnie się stało.
„Jesteśmy w nowej erze" — zauważył Nerling. I ma rację — po dekadach, gdy Model Standardowy dawał nam całkiem jasne odpowiedzi o zachowaniu cząstek, nagle pływamy w morzu egzotycznych cząstek, które nie chcą się zmieścić w naszych schludnych kategoriach.
Dlaczego powinno cię to obchodzić?
Uzasadnione pytanie. Większość z nas nie jest fizykami cząstek elementarnych i szanse, że to bezpośrednio wpłynie na twój wtorek, są dość nikłe.
Ale oto dlaczego to ma znaczenie: uczymy się czegoś fundamentalnego o tym, jak działa rzeczywistość na najbardziej podstawowym poziomie. Silne oddziaływanie jądrowe — jedna z czterech podstawowych sił natury — to to, co trzyma kwarki razem, tworząc wszystko, co widzimy. Te egzotyczne stany XYZ to zasadniczo silne oddziaływanie na pokazie, tworzące struktury, których się nie spodziewaliśmy.
Za każdym razem, gdy odkrywamy coś, co podważa nasze modele, musimy się zastanowić: czy nasze rozumienie jest niekompletne? Czy może wszechświat jest bardziej kreatywny, niż mu dajemy kredyt?
Na podstawie tych wyników? Postawiłbym na kreatywność wszechświata.
Polowanie trwa
Co dalej? Naukowcy będą musieli potwierdzić te dwie nowe struktury i ustalić, czym dokładnie są. To hybrydy? Tetraquarki? Coś zupełnie innego?
Dobra wiadomość jest taka, że posiadanie wielu metod detekcji (wiążki fotonów oraz zderzenia elektron-pozyton) oznacza, że naukowcy mogą porównywać wyniki i budować pełniejszy obraz. To jak mieć wielu świadków tego samego tajemniczego zdarzenia — im więcej perspektyw, tym jaśniejsza historia.
I szczerze? Uwielbiam, że ci fizycy natrafili na coś nieoczekiwanego. Nauka rzadko podąża prostą linią od pytania do odpowiedzi. Najlepsze odkrycia często przychodzą, gdy masz otwarte oczy, gdy wszechświat cię zaskakuje.
Malte Albrecht powiedział to idealnie: „To nowa informacja."
Nowa informacja, rzeczywiście. A w dziedzinie, gdzie ciągle przypominają nam, ile jeszcze nie rozumiemy, to całkiem niezłe miejsce na start.
Źródło: ScienceDaily