חוקרי מעבדת "פרמילאב" מסבירים על ניסוי המיואונים
העולם שאותו כמעט כולנו לא מכירים - עשוי להשתנות: כבר חצי מאה משתמשים הפיזיקאים במודל הסטנדרטי כמסגרת התיאורטית המתארת את האינטראקציות היסודיות בטבע, ואת החלקיקים היסודיים המרכיבים את החומר. אבל תוצאות ראשוניות משני ניסויים מרמזות כי ייתכן דבר מה שגוי באופן שבו פיזיקאים סבורים שהעולם פועל. האפשרות הזו מובילה למבוכה - וגם להתרגשות - בתחום פיזיקת החלקיקים.
משני ניסויים ארוכי טווח בארצות הברית ובאירופה עלה כי חלקיקים קטנים שמכונים מיואונים לא מתנהגים בדיוק כפי שהיה צפוי מהם. התוצאות, אם יוכחו כנכונות, חושפות בעיות מרכזיות ב"ספר החוקים" שבו הפיזיקאים משתמשים כדי לתאר ולהסביר כיצד העולם פועל ברמה התת-אטומית - והם עשויים להראות כי קיים כוח יסוד חמישי, שעדיין לא מוכר.
"אנחנו חושבים שייתכן שאנחנו שוחים כל הזמן בים של חלקיקים שפשוט לא התגלו עדיין", אמר במסיבת עיתונאים המדען כריס פולי, ממובילי הניסוי של "פרמילאב". "ייתכן שיש מפלצות שעדיין לא דמיינו שמופיעות מהוואקום ויוצרות קשרים עם המיואונים. זה נותן לנו חלון לראות אותן".
אותו "ספר חוקים", שמכונה "המודל הסטנדרטי", פותח לפני כ-50 שנה. ניסויים שנערכו במשך עשרות שנים אישרו פעם אחר פעם את נכונות תיאורי החלקיקים והכוחות ששולטים ביקום. עד עתה. "חלקיקים חדשים, פיזיקה חדשה – ייתכן שהם יהיו תוצאת המחקר שלנו. זה מרתק", אמר אלכסיי פטרוב מאוניברסיטת וויין סטייט.
"אם תאושר, התגלית תהיה ברשימה אחת עם בוזון היגס"
"פרמילאב", השייכת למשרד האנרגיה האמריקני, פרסמה ביום רביעי תוצאות של 8.2 מיליארד ריצות סביב מסלול מחוץ לשיקגו, שאמנם שעממו את מרבית האנשים – אבל את הפיזיקאים הן הסעירו. לפי התוצאות, השדה המגנטי של מיואונים לא נראה כמו מה שהמודל הסטנדרטי אומר שהוא.
תוצאות אלו הגיעו לאחר תוצאות שפורסמו בחודש שעבר על ידי מרכז המחקר במאיץ החלקיקים האירופי שמצאו פרופורציות מפתיעות בין חלקיקים אחרי התנגשויות במהירות גבוהה.
אם יאושרו, התוצאות האמריקניות יהיו הממצא החשוב ביותר בעולם החלקיקים התת-אטומיים זה כמעט עשר שנים – מאז תגלית בוזון-היגס, "החלקיק האלוהי". כך לפחות אמרה המדענית עאידה אל-חאדרה מאוניברסיטת אילינוי וניסוי "פרמילאב". פולי אמר ל"ניו יורק טיימס": "זה רגע נחיתת הרכב על מאדים שלנו".
הפיזיקאי הבריטי בריאן קוקס הסכים איתם, כינה את התוצאות "חשובות ומלהיבות", וצייץ לפי "דיילי מייל": "זה מקרב אותו לגילוי פיזיקה חדשה שמעבר למודל הסטנדרטי. זו תהיה התגלית הגדולה ביותר בפיזיקת החלקיקים זה שנים – ברשימה אחת עם בוזון היגס".
דיוויד קפלן מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס מסביר כי המטרה בניסויים היא להפריד חלקיקים ולבדוק אם "משהו מוזר מתרחש" הן בחלקיקים והן בחלל הריק שאמור להיות ביניהם: "אנחנו מפעילים אנרגיה על הריק ובודקים מה קרה".
שני הניסויים כוללים את המיואונים – חלקיק כבד יותר מאלקטרון. המיאון אינו חלק מהאטום, הוא לא יציב ולרוב קיים רק למשל 2 מיקרו-שניות. אחרי שהתגלה ב-1936 הוא כל כך בלבל את המדענים, עד שפיזיקאי מפורסם שאל: "מי הזמין את זה?".
בניסוי שנקרא Muon g-2 (ומבוטא מיואון ג'י מינוס 2) נשלחים המיואונים למסלול מגנטי שמשאיר אותם קיימים זמן רב יותר כדי שהחוקרים יוכלו להביט עליהם מקרוב. התוצאות הראשוניות הראו שה"ספין" המגנטי של המיואונים נמוך ב-0.1% ממה שהעריך המודל הסטנדרטי. זה לא נראה הרבה, אבל עבור חוקרי פיזיקת החלקיקים זה המון – יותר ממספיק כדי להפוך את ההבנה הנוכחית.
החוקרים צריכים עוד שנה או שנתיים כדי לסיים את חקירת התוצאות של כל ההקפות במסלול שאורכו 14 מטרים. אם אלו לא ישתנו, זו תהיה תגלית עצומה, אמר הפיזיקאי האיטלקי גרציאני וננזוני, גם כן אחד ממובילי מחקר "פרמילאב".
סיכוי של 1 ל-40,000 לטעות סטטיסטית
במחקר האירופי המקביל, במאיץ החלקיקים הגדול בעולם CERN, הפיזיקאים מרסקים פרוטונים זה בזה כדי לראות מה יקרה אחר כך. אחד מאותם ניסויים בודק מה קורה בעת התנגשות קווארקים תחתונים, חלקיק יסודי במודל הסטנדרטי. המודל מנבא שהתרסקויות כאלה יובילו למספרים זהים של אלקטרונים ומיואונים. מוביל הניסוי כריס פארקס השווה זאת להטלת מטבע אלף פעם, וקבלת 500 עץ ו-500 פלי.
אבל זה לא מה שקרה. החוקרים שעברו על הנתונים מכמה שנים וכמה אלפי התרסקויות גילו הבדל של 15% - נמצאו משמעותית יותר אלקטרונים ממיואונים.
אף אחד מהניסויים לא מוגדר בינתיים תגלית כי עדיין קיים סיכוי נמוך להטיות סטטיסטיות. הרצת הניסויים כמה פעמים, דבר שמתוכנן בשני המקרים, עשויה בעוד שנה או שנתיים להוביל לרמת המובהקות הסטטיסטית הדרושה עבור הפיזיקאים כדי להגדיר זאת כתגלית. "אם התוצאות לא ישתנו, הן יהפכו כל חישוב אחר שנעשה בעולם פיזיקת החלקיקים", אמר קפלן. "זה אומר שמשהו לא נכון. והמשהו הזה יכול להיות מוסבר על ידי חלקיק חדש או כוח לא ידוע".
אבל ייתכן גם שמדובר בתוצאות שגויות. ב-2011 ממצא יוצא דופן לפיו חלקיק בשם נייטרינו נע מהר יותר ממהירות האור אתגר את המודל – אבל התברר שהתוצאה נבעה מחיבור חשמל רופף במהלך הניסוי. בדקנו את כל החיבורים ואת כל הנתונים. אנחנו די בטוחים, אבל אף פעם אי אפשר לדעת", אמר שלדון סטון מאוניברסיטת סירקיוז.
המועצה הבריטית למדע וטכנולוגיה ציינה יש סיכוי של 1 ל-40,000 שמדובר בטעות סטטיסטית. "התוצאות מספקות ראיות חזקות לקיומו של חלקיק תת-אטומי שלא התגלה או כוח חדש". עד כה ידועים ארבעה כוחות יסוד - כוח הכבידה, הכוח האלקטרו-מגנטי, הכוח הגרעיני החזק והכוח הגרעיני החלש.
