Technicolor-erőt sejtet egy különös jel

A fizika világa a Fermilab Tevatron részecske ütköztetőjének egy váratlan észlelésétől, egy azonosítatlan részecskétől hangos, ami gyökeresen megváltoztathatja a fizikusok elméleteit a természet működéséről és arról, hogyan szerzik tömegüket a részecskék.

Az új részecske valószínűleg nem tartozik bele a részecskefizika Standard Modelljébe, a részecskék és a természet erőinek kölcsönhatásait leíró, általánosan elfogadott elméletbe. Egyesek szerint ez lehet egy új természeti erő, az úgynevezett technicolor első jele, ami választ adna a Standard Modell több problémájára, igaz általa újabb megválaszolásra váró kérdések merülnének fel.

Az észlelés a Fermilab másodpercenként kétmillió protont és antiprotont ütköztető CDF kísérletének adataiból tűnt ki. A nyolc évet felölelő adathalmaz azokat az ütközéseket vizsgálja, amik egy gyenge nukleáris erőt közvetítő W-bozont, valamint egy szubatomi részecskékből, úgynevezett kvarkokból álló sugárpárt állítanak elő. A fizikusok elmélete szerint az W-bozonok és a sugárpárok keletkezésének száma csökkenni kezd a sugárpárok tömegének emelkedésével, a CDF adatai azonban valami egészen különöset tártak eléjük, egy újabb emelkedést az események számában, amikor a sugárpár tömege 145 GeV szint környékén mozgott, ami egy plusz sugárpárokat létrehozó, körülbelül 145 GeV súlyú új részecskére utal. "Egyenletes csökkenésre számítottunk" - mondta a CDF csapat tagja, Pierluigi Catastni, a Harvard Egyetem kutatója. "Ehelyett az események egy területen koncentrálódó többletét észleltük, ami egy megugrásnak, egy részecske tipikus jelének tűnik"

Annak, hogy egy ilyen megugrás egy statisztikai szerencse legyen mindössze egy az ezerhez az esélye, amit háromszigmás eredménynek neveznek, ami még nem elegendő ahhoz, hogy felfedezésnek minősítsék, ehhez egy ötszigmás eredmény kellene, melynél a hiba esélye egy a millióhoz. "Láttam már háromszigmás hatásokat, amik aztán el is tűntek a süllyesztőben" - mondta Kenneth Lane, a Boston Egyetem kutatója. Ennek ellenére a fizikusok többsége biztos abban, hogy nem hibáról van szó, ezért érthetően igyekeznek beazonosítani a részecskét.

Abban szinte mindenki egyetért, hogy a rejtélyes részecske nem a régóta keresett Higgs-bozon, ami az elméletek szerint tömeggel ruházza fel a részecskéket. "Ez egyértelműen nem egy Higgs-szerű objektum" - mondta Rob Roser, a CDF szóvivője. Ha az lenne, akkor az emelkedés háromszázszor kisebb lenne, mitöbb egy Higgs részecske alsó kvarkokká bomlana, ilyesmire azonban egyáltalán nem utalnak a Fermilab adatai.

"A Higgsnek egyetlen általam ismert modellben sincs olyan változata, ahol a termelődés üteme ilyen magas lenne. Ennek valami másnak kell lennie" - mondta Lane, aki úgy véli, tudja mit találtak. 20 évvel ezelőtt a Fermilab fizikusával, Estia Eichtennel már megjósolta ezt a jelet, ami most a CDF-ben felbukkant. A két kutató a technicolor-elméleten dolgozott, ami egy ötödik alapvető erő létezését vetítette elő a már ismert gravitáció, elektromágnesesség, valamint az erős és gyenge nukleáris erők mellé, ez az elmélet azonban akkor elvérezni látszott. A technicolor nagyon hasonlít az erős erőhöz, ami összetartja a kvarkokat az atomok magjában, a különbség csupán az, hogy magasabb energiákon működik, illetve képes tömeggel felruházni a részecskéket, fölöslegessé téve a Higgs bozont.

Az új erő új részecskék garmadájával érkezik. Lane és Eichten modellje szerint egy technicolor részecske, amit technirhonak neveztek el, általában egy W-bozonná és egy másik részecskévé, egy technipionná bomlik. Új tanulmányukban, Lane, Eichten és a Fermilab részéről Adam Martin azt állítja, hogy a két sugarat előidéző rejtélyes részecske egy 160 GeV körüli tömeggel rendelkező technipion lesz. "Ha ez valóban így van, akkor az emberek nem fogják tovább keresni a Higgst, inkább elkezdik felderíteni ezt az új, részecskékben gazdag világot" - tette hozzá Lane.

Azonban, ha a technicolor helytálló is, akkor sem fogja megválaszolni a Standard Modell által nyitva hagyott összes kérdést. Például a fizikusok meggyőződése, hogy az univerzum korai szakaszának hatalmas energiáikat mozgósító közegében a természet alapvető erői egyetlen szupererőben egyesültek. A szuperszimmetria a fizikusok elsőszámú esélyese egy, a Standard Modellen túlmutató elméletre, ami kikövezné az utat azokhoz az erőkhöz, amik nagy energiákon egyesülnek, a technicolor azonban nem erről szól.

Ahhoz, hogy rájöjjenek, melyik elmélet a helyes, az adatok további elemzésére van szükség, igazolandó az új jel valós mivoltát. A költségvetési megszorítások miatt a Tevatron az idén leáll, a CDF csapat szerencséjére azonban még bőven van elemzésre váró adat. "Az elkövetkező hónapokban kétszer ennyi adattal újra elvégezzük az elemzést" - nyilatkozott Roser.

Eközben a Fermilab másik detektora, a DZero saját adatai elemzésével egy független megerősítést vagy cáfolatot igyekszik adni a jelenségre. A CERN Nagy Hadronütköztetőjének (LHC) fizikusai ugyancsak hamarosan elég adattal fognak rendelkezni, hogy lefuttassák saját keresésüket. Tanulmányukban Lane és munkatársai több módszert is javasoltak a technicolor részecskék keresésére. "Az elmúlt hat hónapban nem alszom túl jól" - mondta Lane. "Ha ez az, aminek hisszük, akkor egy egészen új világot fedeztünk fel a kvarkokon és leptonokon túl"