بوزون‌های جدید: ناهنجاری‌های سرن می‌توانند ما را به ذرات نوین نزدیک‌تر کنند
کشف بوزون هیگز، که به نام «ذره خدا» نیز معروف است، در ژوئیه 2012 یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای فیزیک مدرن است.
این کشف یک گام مهم در فیزیک ذرات بود، زیرا بوزون هیگز «آخرین قطعه گمشده» مدل استاندارد، یک نقشه ریاضی از ذرات و نیروهای بنیادی طبیعت بود.
مطالعه جدیدی پیشنهاد می‌کند که آزمایش‌هایی که در آنها ذرات بنیادی یا اتم‌ها با یکدیگر برخورد می‌کنند و اغلب انحرافاتی از مدل استاندارد نشان می‌دهند. چنین انحرافات یا ناهنجاری‌هایی می‌توانند به کشف ذرات جدید بوزونی منجر شوند.
نویسندگان مطالعه اشاره می‌کنند که « ما نشانه‌های فیزیک جدید، یعنی ناهنجاری‌هایی را بررسی می‌کنیم که در تعاملات مختلف به عنوان ناهماهنگی بین پیش‌بینی‌های مدل استاندارد و اندازه‌گیری‌های تجربی دیده می‌شوند». چنین ناهنجاری‌هایی می‌توانند «در هر دو جستجوی مستقیم با انرژی بالا برای ذرات جدید در برخورد دهنده بزرگ هادرونی در سرن و آزمایش‌های دقت پایین انرژی غیرمستقیم» رخ دهند.
ناهجاری‌ها توضیح می‌دهند که مدل استاندارد نمی‌تواند
به زبان ساده، مدل استاندارد مانند یک کتاب دستورالعمل برای جهان است که توضیح می‌دهد مواد اولیه پایه‌ای (ذرات) چیستند و چگونه به هم می‌چسبند یا تعامل می‌کنند (نیروها).
این یکی از موفق‌ترین نظریه‌های فیزیک است زیرا به دقت بسیاری از پدیده‌هایی که در جهان اطراف مشاهده می‌کنیم مانند برخورد ذرات، ساختار اتمی، تعاملات الکترومغناطیسی، واکنش‌های هسته‌ای و غیره را پیش‌بینی و توضیح می‌دهد.
نویسندگان مطالعه اشاره می‌کنند «با این حال، چندین پدیده وجود دارد که مدل استاندارد (SM) نمی‌تواند به حساب آورد مانند ذرات ماده تاریک، یا جرم غیرصفر نوترینوها، و همچنین گرانش را توصیف نمی‌کند. باید بیشتر کشف شود تا SM را به یک توصیف کامل از طبیعت گسترش دهد».
برای کاوش در فراتر از مدل استاندارد، نویسندگان مطالعه به بررسی فروپاشی چندین ذره لپتون در داخل برخورد دهنده بزرگ هادرونی (LHC) پرداختند.
لپتون‌ها ذرات بنیادی هستند که با استفاده از نیروهای ضعیف (مانند نیروی الکترومغناطیسی) تعامل می‌کنند. آنها دو نوع هستند: بار دار و بدون بار. برای مثال، الکترون‌ها و میون‌های بار منفی لپتون‌های باردار هستند و نوترینوها لپتون‌های بدون بار هستند.
نتایج فروپاشی متفاوت از آنچه که بر اساس مدل استاندارد انتظار می‌رفت بود. مثلا، این منجر به آزاد شدن اضافی ذراتی مانند الکترون‌ها و میون‌ها شد.
آندریاس کریولین، نویسنده مطالعه و فیزیکدان نظری دانشگاه زوریخ گفت «این ناهنجاری‌ها با بوزون‌های جدید همخوانی دارند. این می‌تواند جواب دهد که چرا فهم فعلی ما از ماده کار نمی‌کند و در را به مشاهده نیروهای جدید در طبیعت باز می‌کند».
ناهجاری‌ها محدود به بوزون‌های جدید نیستند
نویسندگان مطالعه توضیح می‌دهند که قبل از کشف بوزون هیگز و برخی دیگر از دستیافت‌های بزرگ در فیزیک ذرات ، دانشمندان نشانه‌های غیرمستقیمی، مانند نتایج غیرمنتظره که نظریه‌های موجود را نقض می‌کرد، می‌دیدند.
این پیشنهاد می‌دهد که ناهنجاری‌ها نشانه‌های اولیه یا نشانه‌هایی از کشف آینده هستند. نویسندگان مطالعه گفتند «ناهنجاری‌ها می‌توانند با افزودن ذرات جدید و تعاملات جدید به مدل استاندارد توضیح داده شوند - به خصوص، بوزون‌های هیگز اضافی، فرمیون‌های جدید و ذرات جدید با تعامل قوی». برای مثال، ناهنجاری‌های چند لپتونی که در مطالعه کنونی توصیف شده‌اند، ممکن است به کشف بوزون‌های جدید منجر شوند. نویسندگان مطالعه افزودند «داده‌های انباشته شده از سومین دوره برخورد دهنده بزرگ هادرونی می‌تواند وجود برخی از این ذرات جدید را اثبات کند».
امیدواریم تحقیقات بیشتر این یافته‌ها را تایید کند و ذرات بنیادی و نیروهایی که هنوز از ما ناشناخته‌اند را آشکار سازد.
این مطالعه در مجله Nature Reviews Physics منتشر شده است.
