O autoroviVojtěch Pleskot je zaměstnancem Johannes Gutenberg-Universitaet Mainz a pracuje na experimentu ATLAS v Evropské organizaci pro jaderný výzkum CERN. Je také jedním ze spoluzakladatelů a aktivních členů projektu Science To Go!Projekt sdružuje mladé vědce a vědkyně a jeho posláním je zpřístupnit nejnovější úspěchy přírodních věd široké veřejnosti. Je známý zejména sériemi popularizačních minipřednášek, se kterými vystupuje po celé republice. |
Když na konci minulého roku vědci zveřejnili experimenty ATLAS a CMS svoje nejnovější výsledky, zavládlo mezi částicovými fyziky obrovské vzrušení. Experimenty totiž shodně pozorovaly něco, co se jevilo jako stopa nové částice. Statistická průkaznost zveřejněných dat sice zdaleka nestačila na to, aby byl vyhlášen její objev, nicméně rozhodně nebyla zanedbatelná. Velice silným argumentem také bylo, že náznak pozorovaly oba přístroje nezávisle na sobě.
Jak takový náznak vypadá? Jedná se o hrbolek na jinak hladké křivce, která znázorňuje četnost, s jakou se ve srážkách protonů na LHC rodí páry fotonů o určité hmotnosti. Hmotnost zde označuje vlastnost páru, nikoliv jednotlivých fotonů; foton má sám o sobě hmotnost nulovou. Dva fotony nevznikají v těchto srážkách nikterak často a jak je vidět z grafu, páry s vyšší hmotností vznikají méně často než ty s hmotností nižší. Kdyby ovšem existovala částice rozpadající se na dva fotony, pak by se na této klesající křivce objevil hrbolek v místě, které odpovídá hmotnosti dané částice. Přesně takto byl v roce 2012 objeven Higgsův boson. Hrbolek v oblasti 750 GeV na grafu z roku 2015 se tedy jevil jako náznak nové částice.
Graf, na kterém jsou zaneseny výsledky měření detektoru ATLAS za rok 2015. Nezvyklý hrbolek na úrovni 750 GeV jsme pro přehlednost vyznačili červeným kroužkem.
V údajích naměřených za rok 2016 se už žádný „hrbolek“ na 750 GeV neobjevuje.
Okamžitě po oznámení zprávy se rozpoutal boj mezi teoretiky, kdo dříve opublikuje fyzikální vysvětlení pozorovaného jevu. Hned během prvního týdne se vyrojilo na odborném serveru arXiv téměř sto teoretických článků (tady je on-line počítadlo příspěvků, které se zřejmě už zastaví na zhruba 540 kusech). Není divu, vše silně zavánělo Nobelovou cenou pro vítěze tohoto zběsilého závodu.
Jak už bylo řečeno, statistická průkaznost dat zveřejněných na konci roku 2015 nebyla dostačující. Stále tu byla poměrně velká možnost, že jde jen o náhodu a zachycené fotony jsou součástí běžného pozadí. Všichni proto s napětím čekali na to, co ukážou data nabíraná v roce 2016. Urychlovač LHC se činil a doručil ještě větší množství srážek protonů, než kolik se jich původně očekávalo. Oba obří detektory ATLAS a CMS pilně zaznamenávaly údaje o částicích, které se v daných srážkách narodily. Soubor dat nabraný v roce 2016 je díky tomu čtyřikrát větší než ten z roku 2015.
Po důkladné analýze však přišly oba experimenty se skličující zprávou, že se žádná nová částice nekoná. Její náznak z roku 2015 se v novějších datech již neobjevil. Tento smutný výsledek byl minulý týden prezentován na nejvýznamnější celosvětové konferenci v oboru částicové fyziky, ICHEP (práce s výsledkem je na webu CERN).
Chceme něco víc!
Proč je tento výsledek zklamáním? Z jednoduchého důvodu: objev nějaké nové částice je nyní největším úkolem urychlovače LHC a obou obřích experimentů ATLAS a CMS. Dovolte mi krátce představit jejich program. LHC má za úkol urychlovat protony na nejvyšší lidmi dosaženou energii 7 TeV, což je zhruba energie letícího komára. Urychlené protony následně nechává srážet uprostřed dvou obřích detektorů radioaktivního záření. Ty mají za cíl změřit vlastnosti částic (radioaktivního záření), které se ve srážkách protonů rodí.
Z následné analýzy těchto dat se pak dozvídáme důležité informace o tom, jak srážky protonů probíhají. Zvláště pak je zajímavé studovat, jestli se v nich narodily nějaké nové, dosud nepozorované částice. V roce 2012 tak došlo k velevýznamnému objevu Higgsova bosonu, který byl posledním experimentálně nepotvrzeným dílkem pozoruhodně úspěšné teorie Standardní model (elementárních částic a jejich vzájemných interakcí). Tím byl splněn hlavní úkol LHC.
Úkolem druhým a extrémně důležitým je objevit jakoukoliv novou další částici. Víme téměř s jistotou, že nějaké existují, protože Standardní model, i přes své velké úspěchy, nedokáže popsat víc než nějakých pět procent hmoty ve vesmíru. Nevíme ovšem, jaké by takové částice měly mít vlastnosti, a bohužel tím pádem také nevíme ani to, zda je vůbec v možnostech LHC něco objevit. Nicméně teorií předpovídajících částice a interakce neobsažené ve Standardním modelu je velké množství a cenným výsledkem bude i vyloučení některých z nich.
Částicoví fyzikové a mezi nimi hlavně teoretikové si toužebně přejí, aby se něco nového našlo. Takový objev by jim totiž ukázal směr, jakým se mají vydat při dalším zkoumání hmoty, ze které se skládá náš vesmír. I po šesti letech intenzivních sběru a analýz dat se však žádná nová fyzika neobjevuje. Nervozita fyziků tak přirozeně stoupá a jakýkoliv náznak způsobí velké vzrušení. Doufejme, že hon na nové částice bude nakonec přeci jen korunován úspěchem.
Aby to nebylo málo, nemáme ani nová neutrina..Negativní výsledek hledání anomálie na LHC není jediný velký „neúspěch“ fyziky posledních dní. Skupina vědců, která pracuje na velkém experimentu IceCube na jižním pólu, tento týden oznámila, že jejich speciálně vystavěný detektor neobjevil žádné stopy existence nového typu neutrina. Je to velmi běžná (třeba Slunce jich produkuje ohromná množství), ale jen obtížně zachytitelné částice. Fyzikové dnes vědí, že běžná neutrina se vyskytují ve třech typech (elektronové, mionové a tauonové). Na základě teoretických výpočtů a náznaků z některých experimentů se ovšem zdálo, že by snad mohl existovat i další druh neutrin. Hypotetická částice dostala název „sterilní“, a mělo by se jednat o ještě plašší částici než běžná neutrina. Ta se s běžnou hmotou v podstatě míjí, vůbec na ni nereagují a nenechají se jí nijak ovlivňovat. Sterilní neutrina měla být ještě méně společenská, a tedy prakticky nepolapitelná. Přesto by snad mohla tvořit část pro nás zatím neviditelné hmoty ve vesmíru (tzv. temné hmoty). Jinými slovy, sterilní neutrina představovala jedno z představitelných řešení prekérní situace dnešní fyziky, která ví, že neví vše, ale neví, kde přesně hledat další odpovědi. Proto vznikl detektor IceCube, který tvoří síť detektorů v krychlovém kilometru antarktického ledovce. Dokončen byl roku 2010 a zhruba pět let pak sbíral údaje o příletech neutrin k Zemi. Před několika dny pak tým výsledky shrnul v práci pro časopis Physical Review Letters. Žádné jejich stopy neobjevil, a tak jejich existenci (alespoň v předpokládaném rozsahu energií) považuje za velmi nepravděpodobnou. Výsledek samozřejmě nemusí být definitivní, je možné, že IceCube měl smůlu a sterilní neutrina nezachytil jen náhodou. Ale vzhledem k tomu, jak dobře připravený IceCube byl, a s ohledem na to, že i u jiných experimentů převažovaly spíše negativní výsledky (byť pár lákavých náznaků se objevilo - i proto vznikl IceCube), by šlo o hodně nečekaný zvrat. (mla)  Vrt do antarktického ledu pro laboratoř IceCube |
8. dubna 2015 |
