Vedci dúfali, že objavili piatu silu prírody. Nové zákony fyziky zatiaľ písať nebudeme, záhadný muón ich nakoniec neporušil
Nový výpočet magnetického momentu muónu naznačuje, že záhadná odchýlka nebola dôkazom piatej sily, ale problémom v starších výpočtoch.
Fyzici posledné roky dúfali, že narazili na trhlinu v zákonoch vesmíru. Jeden drobný rozdiel v meraniach totiž naznačil, že vo fyzike možno existuje niečo, čo dnešné teórie nepoznajú. Hovorilo sa dokonca o novej sile prírody, ktorá by obrátila modernú fyziku naruby.
Nový výskum ale ukázal, že realita môže byť obyčajnejšia, než sme predpokladali. Medzinárodný tím vedcov pod vedením fyzika z Penn State University zverejnil novú analýzu, ktorá podľa všetkého celý problém vysvetlila a výsledok možno neprekvapivo znie, že žiadna nová sila sa nekoná.
Celý spor sa točil okolo častice s názvom muón. Muón patrí medzi základné častice podobne ako elektrón, pričom funguje veľmi podobne, no nesie omnoho väčšiu hmotnosť. Vedci často hovoria, že muón predstavuje „ťažšieho bratranca elektrónu“.
Rozdiel spočíva hlavne v tom, že muón žije extrémne krátko. Vznikne pri zrážkach častíc vo vesmíre alebo v urýchľovačoch a takmer okamžite zanikne. Práve kvôli svojej veľkej hmotnosti však reaguje citlivejšie na okolitý kvantový chaos, čo z neho spravilo ideálny nástroj na hľadanie novej fyziky.
Vedci sledovali vlastnosť s názvom magnetický moment, kvôli ktorej sa muón správa ako maličký magnet. Znamená to, že keď ho vedci vložia do magnetického poľa, začne sa jemne „kolísať“. Podľa teórie mala hodnota tohto pohybu vychádzať veľmi presne, lenže dlhé roky nevychádzala.
Neprehliadni
Experimenty celé desaťročia ukazovali malé odchýlky. Neboli veľké, no vo fyzike častíc často práve miniatúrne rozdiely odhalia nové zákony prírody. Výsledky z CERN, z laboratória Brookhaven aj z Fermi National Accelerator Laboratory preto vzbudili obrovský rozruch. Mnohí fyzici začali veriť, že muón reaguje na neznámu silu alebo na nové častice, ktoré dnešná fyzika ešte nepozná. Hovorilo sa dokonca o možnej „piatej sile prírody“.
Dnes poznáme štyri základné sily, a to gravitáciu, elektromagnetizmus, slabú jadrovú silu a silnú jadrovú silu. Ak by sa objavila piata, znamenalo by to jednu z najväčších revolúcií modernej vedy.
Problém s muónom však nakoniec neležal v samotných meraniach, no komplikácie vznikli pri výpočtoch.
Kde sa teda stala chyba?
Najväčšie bolesti hlavy spôsobovala vedcom silná jadrová sila. Tá drží pokope protóny a neutróny vo vnútri atómov a patrí medzi najsilnejšie sily vo vesmíre. Vedci ju zároveň označujú za jednu z najťažších oblastí matematiky vo fyzike.
Profesor Zoltan Fodor vysvetlil, že staršie výpočty pracovali s tisíckami experimentálnych údajov, ktoré vedci následne kombinovali do jedného čísla. Jeho tím však zvolil úplne inú cestu. Výskumníci rozdelili priestor a čas na drobné „kocky“ a následne simulovali zákony fyziky na superpočítačoch. Táto metóda nesie názov mriežková kvantová chromodynamika, čo znie na prvý pohľad komplikovane a v tomto prípade to tak aj je. Ide totiž o obrovskú počítačovú simuláciu vesmíru v extrémne malom meradle.
Vedci na výpočtoch pracovali viac než desať rokov a počas tejto doby výrazne zlepšili presnosť simulácií a znížili chyby. Nakoniec dosiahli najpresnejší výpočet magnetického momentu muónu v histórii, čo predstavovalo ten zlomový moment, kedy sa zistilo, že piata základná prírodná sila nemusí byť skutočná.
Nové čísla totiž takmer dokonale sadli s doterajšími experimentmi. Rozdiel, ktorý fyzici celé roky považovali za možný dôkaz novej fyziky, prakticky zmizol.
„Dúfali sme, že nájdeme novú piatu silu. Namiesto toho sme ukázali, že tam nie je,“ hovorí vedúci výskumu, Zoltan Fodor.
Vedec zároveň priznal, že výsledok v ňom vyvolal zmiešané pocity.
„Ľudia sa ma pýtajú, aké to je urobiť takýto objav, no úprimne povedané, cítim aj trochu smútok,“ povedal.
Žiadna revolúcia vo fyzike sa zatiaľ nekoná, no to nie je zlý výsledok
To však neznamená, že celý výskum skončil sklamaním, práve naopak. Nová analýza extrémne presne potvrdila správnosť takzvaného štandardného modelu, teda hlavnej teórie modernej časticovej fyziky. Tá opisuje základné častice aj sily, z ktorých vzniká známy vesmír.
Vedci tvrdia, že nová zhoda medzi teóriou a experimentom dosiahla presnosť, ktorá ešte pred pár rokmi pôsobila takmer nereálne.
„Nenašli sme piatu silu, no získali sme pravdepodobne jeden z najlepších dôkazov kvantovej teórie,“ uzatvára Fodor.
Lov na novú fyziku tým však úplne neskončil. Vedci totiž stále nevedia vysvetliť viacero veľkých záhad vesmíru vrátane temnej hmoty či temnej energie. Muón len tentoraz neotvoril dvere k revolúcii, ktorú mnohí čakali.
