Οι φυσικοί ανέπτυξαν μια νέα μαθηματική μέθοδο που μπορεί να επιτρέψει την ανίχνευση άγνωστων σωματιδίων και νέων νόμων της Φυσικής, ακόμη και όταν αυτά δεν μπορούν να παρατηρηθούν άμεσα στους επιταχυντές σωματιδίων.
Η προσέγγιση βασίζεται σε μια ιδέα που θυμίζει την αναγνώριση ενός πιάνου από τον ήχο του. Όπως ένας έμπειρος μουσικός μπορεί να αντλήσει πληροφορίες για το μέγεθος και τη δομή ενός πιάνου ακούγοντας τις νότες του, έτσι και οι επιστήμονες μπορούν να μελετήσουν μικρές αποκλίσεις στις αλληλεπιδράσεις γνωστών σωματιδίων για να αναζητήσουν ενδείξεις άγνωστων σωματιδίων που βρίσκονται σε πολύ υψηλότερες ενέργειες.
Η νέα εργασία, που θα δημοσιευθεί στο Physical Review Letters, δείχνει πώς οι λεγόμενοι συντελεστές Wilson μπορούν να μετατραπούν σε πληροφορίες σχετικά με τη φύση των κρυμμένων σωματιδίων. Οι συντελεστές αυτοί περιγράφουν μετρήσιμες αλλαγές στις γνωστές αλληλεπιδράσεις και μπορούν να αποκαλύψουν την επίδραση νέας Φυσικής.
«Όπως μπορούμε να ακούσουμε μια σειρά από μουσικές νότες και να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις πληροφορίες για να αποκωδικοποιήσουμε το σχήμα και τον μηχανισμό ενός πιάνου, οι συντελεστές Wilson είναι η επαναδιατυπωμένη, παρατηρήσιμη πληροφορία, σαν τις μουσικές νότες, ενώ τα θεμελιώδη σωματίδια και οι αλληλεπιδράσεις τους σε υψηλές ενέργειες είναι σαν τη δομή του πιάνου που μπορούμε να συμπεράνουμε από αυτά τα δεδομένα», εξηγεί ο Grant Remmen του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης.
Το πρόβλημα των αόρατων σωματιδίων
Η άμεση ανίχνευση νέων σωματιδίων είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Τα σωματίδια αυτά μπορεί να δημιουργούνται σε συγκρούσεις σε απειροελάχιστες αποστάσεις και να διασπώνται σχεδόν αμέσως, αφήνοντας πίσω τους μόνο έμμεσες ενδείξεις.
Η αναζήτησή τους, ωστόσο, είναι κρίσιμη, καθώς θα μπορούσαν να αποκαλύψουν νέους νόμους της Φυσικής και να εξηγήσουν φαινόμενα που δεν περιγράφονται από το Καθιερωμένο Πρότυπο.
Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στη θεωρία αποτελεσματικού πεδίου, ένα πλαίσιο που επιτρέπει στους φυσικούς να περιγράφουν τις επιδράσεις άγνωστων, υψηλής ενέργειας φαινομένων στις μετρήσιμες αλληλεπιδράσεις γνωστών σωματιδίων.
Αναζητώντας μικρές αποκλίσεις
Ακόμη και όταν ένας επιταχυντής δεν διαθέτει αρκετή ενέργεια για να δημιουργήσει άμεσα ένα νέο σωματίδιο, η παρουσία του μπορεί να αφήσει μικρές «παραμορφώσεις» στις γνωστές αλληλεπιδράσεις.
«Τα πειράματα σωματιδιακής Φυσικής δεν λειτουργούν πάντα σε αρκετά υψηλές ενέργειες ή αρκετά μικρές αποστάσεις ώστε να ανιχνεύσουν τα νέα σωματίδια που αναζητούν οι φυσικοί», σημειώνει ο Remmen. «Μερικές φορές, η νέα Φυσική μπορεί απλώς να δίνει “ενδείξεις” με τη μορφή μικροσκοπικών αποκλίσεων από το Καθιερωμένο Πρότυπο».
Η νέα μέθοδος προσφέρει έναν μαθηματικό τρόπο για να μεταφραστούν αυτές οι μικρές αποκλίσεις σε πιθανές πληροφορίες για τα άγνωστα σωματίδια που μπορεί να βρίσκονται πίσω από αυτές.
Ο ρόλος του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων
Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων στο CERNέχει ήδη πραγματοποιήσει μετρήσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό των συντελεστών Wilson. Αυτό σημαίνει ότι τα υπάρχοντα πειραματικά δεδομένα θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για την αναζήτηση νέων σωματιδίων χωρίς να απαιτείται απαραίτητα μια άμεση ανίχνευσή τους.
Η προσέγγιση αυτή μπορεί να λειτουργήσει ως γέφυρα ανάμεσα στα πειράματα σωματιδιακής Φυσικής και στις θεωρίες για τη Φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο, μετατρέποντας τις μικροσκοπικές αποκλίσεις στις «νότες» που θα μπορούσαν να αποκαλύψουν τη φύση ενός αόρατου κοσμικού «οργάνου».
Η μελέτη των Francesco Calisto και συνεργατών με τίτλο «Inverse problem in effective field theory» θα δημοσιευθεί στο Physical Review Letters.
