Velký hadronový srážeč odhaluje trhlinu ve Standardním modelu: Vědci se blíží nové fyzice

Experiment LHCb na Velkém hadronovém srážeči (LHC) v CERNu zaznamenal rozpad subatomárních částic zvaných B mezony, který se neshoduje s předpověďmi Standardního modelu fyziky.

Experiment LHCb na Velkém hadronovém srážeči (LHC) v CERNu zaznamenal rozpad subatomárních částic zvaných B mezony, který se neshoduje s předpověďmi Standardního modelu fyziky. Tento objev naznačuje existenci dosud neznámých fyzikálních jevů.

Standardní model, postavený na kvantové mechanice a Einsteinově speciální teorii relativity, představuje naše nejlepší chápání základních částic a sil. Přestože víme, že je neúplný, po více než 50 letech přísného testování se v něm dosud nenašla žádná trhlina – až potenciálně nyní. Měření, které bylo přijato k publikaci v Physical Review Letters, ukazuje odchylku čtyř standardních odchylek od očekávání Standardního modelu. To znamená, že po zohlednění nejistot z experimentálních výsledků a teoretických předpovědí existuje pouze jedna šance z 16 000, že by takto extrémní náhodná fluktuace dat nastala, pokud by Standardní model byl správný. Ačkoli to nedosahuje vědeckého „zlatého standardu“ pěti sigma (přibližně jedna šance z 1,7 milionu), důkazy se začínají hromadit. K tomuto přesvědčivému narativu přispívají i výsledky z nezávislého experimentu CMS na LHC, které byly zveřejněny dříve v roce 2025 a které se s novými daty dobře shodují.

Nové výsledky byly získány studiem specifického typu procesu známého jako elektroslabý tučňákový rozpad. V tomto případě vědci zkoumali, jak se B mezon rozpadá na čtyři další subatomární částice – kaon, pion a dva muony. Tento „tučňákový“ rozpad je ve Standardním modelu neuvěřitelně vzácný: na každý milion B mezonů se takto rozpadne pouze jeden. Přesná měření úhlů a energií, při kterých se tyto částice produkují, ukázala nesoulad s předpověďmi Standardního modelu. Tučňákové procesy jsou jedinečně citlivé na efekty potenciálně velmi těžkých nových částic, které nelze přímo vytvořit na LHC, ale které mohou měřitelně ovlivňovat tyto rozpady.

Existuje široká škála potenciálních nových teorií, které by mohly tato zjištění vysvětlit. Mnohé z nich zahrnují nové částice zvané „leptoquarky“, které sjednocují dva různé typy hmoty: „leptony“ a „quarky“. Jiné teorie předpokládají existenci těžších analogů částic již nalezených ve Standardním modelu. Nové výsledky omezují formu těchto modelů a budou usměrňovat budoucí hledání. I přes nadšení však zůstávají otevřené teoretické otázky, které brání definitivnímu prohlášení, že byla pozorována fyzika za hranicemi Standardního modelu. Nejvážnější otázka se týká takzvaných „okouzlujících tučňáků“, souboru procesů přítomných ve Standardním modelu, jejichž příspěvky je extrémně obtížné předpovědět. Nedávné odhady však naznačují, že jejich účinky nejsou dostatečně velké, aby vysvětlily pozorovaná data.

Další data, která již byla shromážděna, umožní potvrzení situace v nadcházejících letech. Současná práce analyzovala přibližně 650 miliard rozpadů B mezonů zaznamenaných mezi lety 2011 a 2018. Od té doby experiment LHCb zaznamenal třikrát více B mezonů. Další pokroky jsou plánovány na 30. léta, aby se využily budoucí modernizace LHC a nashromáždila se datová sada 15krát větší. Tento konečný krok umožní učinit definitivní prohlášení a potenciálně odemknout nové pochopení toho, jak vesmír funguje na nejzákladnější úrovni.