הלפטו-קווארק הוא חלקיק משוער שמאחד בין הקווארקים והלפטונים. אותו חלקיק אקזוטי נחזה בתורות המאחדות את הכוח החזק, החלש והאלקטרומגנטי. בימים אלה פיזיקאים נסיינים מאיצים את החיפוש כולל סרן. האם הוא יכול להסביר את האנומליות בהתפרקות החלקיק B+ שנצפו לפני שנה במאיץ ההדרוני בג’נבה?
החומר שסביבנו עשוי מחלקיקים אלמנטריים, המודל הסטנדרטי מלמד אותנו שהם מחולקים ל-2 משפחות: הלפטונים (כמו למשל האלקטרון או נייטרינו) והקווארקים (המרכיבים את גרעיני האטומים). תחת המודל הסטנדרטי שתי המשפחות קלות להבדלה – הן בעלות תכונות קוונטיות שונות שניתנות למדידה אך בעלות מספר זהה של דורות (3). הפיזיקאים יודעים שהתורה לא שלמה ולשם כך הועלו תאוריות רבות כדי להשלים את החלקים האחרונים בפאזל. תאוריות מובילות שמנסות לאחד את הכוחות בטבע חוזות את האיחוד בין הקווארקים והלפטונים ליישות אחת בשם הלפטו-קווארק. הלפטו-קווארקים התגלו כתוצאה מאיחוד הכוחות האלקטרומגנטי, החלש והחזק.
איחודים שכאלו לא זרים לפיזיקה המודרנית. השדות החשמליים והמגנטיים אוחדו במשוואות מקסוול במאה ה-19 וכיום ידוע שהשדות החשמליים והמגנטים הם למעשה ישות אחת תחת טרנספורמציית לורנץ. באופן דומה, גם במקרה שלנו איחוד החלקיקים נוצר כשמאחדים את שדות. כתוצאה מכך התכונות הקוונטיות משתלבות ומספר הדורות נותר זהה. בנוסף החלקיק האקזוטי יכול להתחלף באופן אקראי בין הישויות או להיות שניהם במקביל. האנומליות בהתפרקויות החלקיקים שהתקבלו לפני כשנה בניסוי של LHCb ומעוד כמה מאיצים (התפרקות בי פלוס למיואונים או לאלקטרונים אמורה להיות זהה לפי קבוע הצימוד אך ישנן סטיות משמעותיות) ניתנות להסברה על ידי הלפטו-קווארקים ולכן חלקיקאים מצפים בכליון עיניים לראות עדויות שירמזו על קיומם.
אם הלפטו-קווארקים קיימים, הדעיכה למצב יציב אחר תהיה מאוד מהירה ואנרגתית. מאיצים בעולם מנסים לחפש את הלפטו-קווארק מהדור הראשון או השני אך כעת סרן מעלה הילוך ומאפשרת חיפוש נרחב יותר גם בדור השלישי. לפטו-קווארק שכזה מערב את הלפטון הטאו, הטאו נייטרינו או את הקווארקים העליון והתחתון.
לימוד תוך כדי עבודה
משום שהלפטו-קווארקים לא נצפו מעולם ומשום שתאוריה מסורבלת מתמטית, פיזיקאים לומדים תוך כדי עבודה את התיאוריה ואת הניסוי. כיום מנסים החוקרים לצפות בכמה תחזיות ברורות שנגלות מהתאוריה תחת התנגשויות של החלקיק האקזוטי עם האנטי חלקיק שלו. בהתנגשויות חלקיקים ואנטי חלקיקים קל יותר למדוד את האנרגיה במדויק כי יודעים בידיוק מה מתנגש עם מה.
“לפטו- קווארק נחשב כנושא חם כי הוא מאפשר באמצעות חישובים למצוא אנומליות במודל הסטנדרטי. במאיץ הגדול בסרן עושים את מירב המאמצים כדי להוכיח או להפריך את קיומם של חלקיקים אלו”, אמר רומר קוגלר, פיזיקאי מCMS- ב-CERN. לאחר מעבר ממושך אחר התנגשויות שנצפו במאיץ בסרן, CMS טרם מצא לפטו-קווארק מהדור השלישי. המדענים כבר הסיקו מתוצאות אלו שלפטו-קווארק כזה צריך להיות לפחות במסה של 900 ג’יגה אלקטרון-וולט, פי חמש כבד יותר מהקווארק העליון, הקווארק הכבד ביותר שנצפה. יחד עם זאת חשוב לציין שניתוח הנתונים נלקח רק ממספר מאוד מצומצם ממאורעות שנצפו בשנת 2016.
עוד בנושא באתר הידען:
4 תגובות
“הלפטו-קווארקים התגלו כתוצאה מאיחוד הכוחות האלקטרומגנטי, החלש והחזק”
מה התגלו?! כל המאמר מדבר על השערה וחיפוש אחרי לפטו-קווארקים.
היפה הוא שחאמד האירני מפרינסטון לשעבר הרווארד וברקלי, כותב את המאמרים שלו עם KATZ, COHEN, Weiner,Finkbeiner ואין את השנאה המופרכת בין העמים שמנופחת לא רק מצד אחד. הוא גם זוכה מדלית סקלר ת”א, ופרס Fundamental Physics Prize של האוליגרך יורי מילנר.
חוץ מזה יש לו גם כמה פרסים לא בהקשר היהודי. אני מניח שמיד יקפצו ויאמרו הם גולים אירניים. אולי גולים מרצון ולא מאונס, שני ההורים פרופסורים לפיזיקה מאוניברסיטת שריף טהרן.
המודל הסטנדרטי פותח עד שנות השבעים בעיקר. יובל נאמן, גל-מן, יוקווה – אלה מדענים מהדור הקודם.
היום עיקר העבודה בפיזיקת חלקיקים מרוכזת לטעמי ב:
א. תורת המיתרים – ביאור של המודל הסטנדרטי, ומיזוג של כבידה עם כל הכוחות. תורה מאוחדת גדולה GUT,
תורת M. גם שם יש שמות מהעבר הקרוב וההווה: (שוורץ, גרין, והכי מפורסם אדוורד וויטן- כולם יהודים, פולצ’ינסקי). והדור הנוכחי: נימה ארקני-חאמד מפרינסטון אירני-אזרי. (Zee Anthony ,Woit Peter ,Yau, Shing-Tung; Nadis, Steve , Zwiebach, Barton). לכאורה לא ניתן להוכיח שתורת המיתרים נכונה, אבל ניתן להשתמש בניבויים שלה – לא לגמרי סתירה בין הדברים.
ב. חבורת E8 של לי – אותו הדבר + חיזוי חלקיקים חדשים (Anthony Garret Lisi)
ג. תרמו-דינמיקה קוונטית – ביאור כבידה ככוח מתהווה מאנטרופיה, הסבר תופעות חומר אפל אחת-אחת
איחוד יחסות כללית עם כבידה משתנה. (אריק וורלינד).
ד. ניסויים – מציאת הבוזון של היגס, הלפטו קוורק, LIGO.
חוץ מזה הפיזיקה התפשטה לתחומים אינטר-דיסציפלינריים:
א. פיזיקה של חומר מעובה, מבנים קוונטיים
ב. פיזיקה של מערכות ביולוגיות RNA – פרופסור מיכאל מרגליות, פרופסור תמיר טולר
ג. כלכלה – חיזוי מגמות שוק
ד. כאוס ומערכות לא לינאריות
לא לשכוח את איחוד השדות האלקטרו חלשים