Eltűnt az évszázad felfedezésére utaló jel

A CMS detektor az LHC-ben
Fotó: CERN

Éppen a napokban zajlik Chicagóban a részecskefizikusok legnagyobb konferenciája, ahol bejelentették, hogy a nagyenergiás tudományos közösséget izgalomban tartó, új fizikára utaló részecske „felszívódott” a legújabb mérési adatokban. Horváth Dezső, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont, az MTA Atomki és a CERN munkatársának írása.

A CERN Nagy Hadronütköztetőjének (LHC) megfigyelései között egyetlen biztató eltérést találtak a fizikusok a standard modelltől: egy olyan új részecske (X részecske) halvány nyomát a Higgs-bozon tömegének hatszorosa (750 GeV/c2) környékén, amely hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, mint a Higgs-bozon, de egészen másképpen bomlik. Az LHC 2016-os adatgyűjtésének egyik fő célja e részecske létezésének ellenőrzése volt. A megfigyelés bejelentése ugyanis óriási izgalmat váltott ki a nagyenergiás közösségben, mert kilépést jelentett volna a standard modell keretei közül.

Két nagy kísérlet, az ATLAS és a CMS is megfigyelte a részecske nyomát, de egyik sem teljesen meggyőzően. Mégis volt remény arra, hogy valami újat fedeztek fel, hiszen a megfigyelés erőssége, amelyet azzal fejezünk ki, hogy a σ (szigma) mérési bizonytalanság hányszorosával emelkedik ki az új jelenség a zajból, közel ugyanakkora volt, mint a Higgs-bozon megfigyeléséé 2011 végén (3σ körüli). A Higgs-bozon esetén ezt diadalmas bejelentés követte 2012 nyarán, amikor az újabb adatokkal mindkét kísérletnél elérte a megállapodás szerinti felfedezési küszöböt, az 5σ többletet. Izgatottan vártuk tehát a 2016-os LHC-adatokat, megerősítik-e az X részecske létezését.

Vajon miért volt a nagy izgalom? Új részecske! No bummm! Csakhogy ez az X részecske rettenetesen kilógott a standard modell keretei közül. Egy 750 GeV tömegű, Higgs-bozonhoz hasonló X részecske nagyon sokféleképpen elbomolhat. Ez már a sokkal könnyebb Higgs-bozonra is igaz volt, és nagyobb tömegű részecske bomlásánál sokkal több lehetőség nyílik más bomlási módok megnyilvánulására. Először a Higgs-bozon megfigyelésére is három, majd később még több bomlási módozatot vizsgáltunk. Az X részecske azonban látszólag csak a legvalószínűtlenebb, két nagyenergiás gamma-fotonra akart bomlani, a sokkal nagyobb valószínűségű bomlási csatornák nagyobb tömegű részecskékkel üresen maradtak nála. Ez tette a 2015-ös halvány megfigyelést annyira izgalmassá, hogy közzététele után néhány hónapon belül több száz elméleti fizikai publikáció fejtegette, vajon miről lehet szó.

Mindkét kísérlet 2016 legnagyobb részecskefizikai konferenciájára, a Chicagóban most zajló (2016. augusztus 4–10.), sok ezer résztvevős ICHEP-re időzítette legújabb eredményeit. A CMS-kísérlet adatai egyrészt lehangolóak, másrészt igencsak biztatóak. Az új adatok csökkentették az X részecske megfigyelésének jelentőségét: a 2015-ös adathalmaz sokszorosának analízisével a 750 GeV-es többlet lecsúszott az észlelhetőségi szint alá, 2σ környékére.

Ez egyrészt lehangoló, hiszen szinte az évszázad részecskefizikai felfedezése lett volna, ha a standard modellnek ennyire ellentmondó jelenséget találunk. Ugyanakkor megnyugtató, hogy mégis jól ismerjük világunkat, és a standard modell továbbra is időtállónak bizonyult. Az ATLAS kísérlet teljesen azonos eredményre jutott: statisztikus ingadozás volt a 750 GeV-es többlet, semmi más. Ilyen jelenséget már többször láttunk, és ez egyáltalán nem jelent mérési hibát. Újabb adalék ahhoz, hogy óvatosan kell kezelnünk a megrázó új felfedezéseket.

Forrás: MTA/Horváth Dezső a fizikus, MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont, az MTA Atomki és a CERN munkatársa

A teljes cikket az MTA weboldalán olvashatják.