Základní model vesmíru je špatně, tvrdí skupina fyziků. Na hledání slabiny pracovali deset let

Stovky vědců spolupracovaly na přesném změření hmotnosti bosonu W, elementární částice zodpovědné za slabou jadernou sílu. Fyzici teď výsledky zveřejnili – a ke svému překvapení zjistili, že boson je hmotnější, než předpovídá Standardní model částicové fyziky. Výsledky vyšly v odborném žurnálu Science.

Nová hodnota hmotnosti bosonu W je výsledkem deseti let experimentů a výpočtů více než čtyř stovek fyziků z 54 různých institucí po celém světě. Pokusy probíhaly na obrovském detektoru srážek Tevatron v laboratoři Fermilab nedaleko Chicaga. Tento urychlovač je velký jako čtyřpatrový dům a váží 4500 tun.

Ukázalo se, že hmotnost bosonu W je 80 433 ± 9 MeV/c², což asi osmdesátkrát víc, než je hmotnost protonu. Tento výsledek je přibližně dvakrát přesnější než u starších měření. Ale důležité je, jak zvláštní tento výsledek byl.

Detektor Tevatron
Zdroj: FermiLab

„Když jsme to číslo uviděli, hned jsme si řekli, že je divné,“ popsal mluvčí experimentu David Tobac. „Nastalo ticho. Nevěděli jsme vůbec, co si o tom myslet.“ To pro různá média potvrdili i další fyzici, kteří se na experimentu podíleli – natolik se zaměřili na přesnost a kvalitu analýzy, až si napoprvé nevšimli samotné hodnoty. A když ji zaznamenali, byl to pro většinu šok.

Co je boson W?

Když se řekne boson, většině lidí se vybaví nejspíš Higgsův boson přezdívaný někdy také Božská částice. Ale ve skutečnosti je bosonů mnohem víc, vlastně mezi ně patří spousta známých částic – fotony, gluony, tetra- a hexakvarky nebo mezony. A také bosony W a Z. 

Boson W (neboli slabý) je spojený se slabou jadernou silou, což je jedna ze základních interakcí. Je zodpovědná za jeden typ radioaktivního rozpadu a jadernou fúzi, k níž dochází ve hvězdách. Tato částice byla objevena v CERNu roku 1983 a od té doby byla považována za jeden z hlavních úspěchů teorie Standardního modelu fyziky částic. Jenže teď se může ukázat, že se stane i jeho hrobníkem.

  • Bosony jsou částice, které mají symetrickou vlnovou funkci a celočíselný spin. Jmenují se podle indického fyzika Šatendranátha Boseho, proto bývají někdy označovány jako Boseho částice.
  • Částice, které nejsou bosony, se nazývají fermiony nebo anyony.

Co je Standardní model

„Veškerá známá hmota ve vesmíru se skládá ze šesti druhů kvarků a šesti druhů leptonů a všechny jevy, které ve vesmíru pozorujeme, dovedeme vysvětlit pomocí čtyř druhů interakcí“ – to je jednovětý souhrn Standardního modelu, který je tím nejlepším, co má částicová fyzika k dispozici. Přes řadu alternativních teorií a hypotéz i výhrad je stále nejvíce využívaným nástrojem pro popis vesmíru a jeho zákonů.

Standardní model předpovídá hodnotu řady částic, včetně bosonu W. Jenže výsledek reálných měření (80 433 ± 9 MeV/c²) je od předpovězené hodnoty (80 357 ± 6 MeV/c²) velmi odlišný. Je to sice statisticky možné, ale velmi, velmi nepravděpodobné – podle předního experta na měření bosonu W Ashutoshe Vijaye Kotwala je tato pravděpodobnost menší než jedna ku miliardě. 

Přehled vzájemného ovlivňování mezi částicemi popisovanými Standardním modelem
Zdroj: Wikimedia Commons

Kde je chyba a co to znamená

Je tedy velmi pravděpodobné, že výsledky tohoto experimentu jsou reálné – a chyba bude nejspíš někde ve Standardním modelu. Otázka je, kde. Tento model má několik slabin, nedokáže totiž například vysvětlit a popsat dva ze zásadních fenoménů vesmíru – temnou hmotu a gravitaci. Navíc už rok existují náznaky, že ani částici jménem mion Standardní model nedokázal dobře předpovědět. 

Výsledky nutně neříkají, že je celý tento model úplně špatně. „Pokud se toto měření potvrdí, naznačuje možnou potřebu vylepšení výpočtu Standardního modelu nebo jeho rozšíření,“ uvedli vědci, kteří na experimentu pracovali, v tiskové zprávě. „Přestože se jedná o zajímavý výsledek, je třeba měření potvrdit dalším experimentem, aby bylo možné jej plně interpretovat,“ doplnil zástupce ředitele Fermilabu Joe Lykken.

Právě na to jsou už připravené experimenty, které budou zkoumat důsledky nového zjištění pomocí různých srážkových pokusů – budou tedy zaznamenávat srážky částic a z nich se pokusí zjistit co nejvíce informací. Stále se očekávají výsledky z detektorů ATLAS a CMS, dvou detektorů ve Velkém hadronovém urychlovači v CERNu. Právě tyto dva detektory před deseti lety pomohly nalézt Higgsův boson, takže si od těchto měření vědci hodně slibují. Ještě důležitější ale může být modernizace Velkého hadronového urychlovače (LHC), jež by měla být dokončena roku 2027.

Podle Davida Tobacka je výsledek důležitým příspěvkem k ověření přesnosti Standardního modelu. „Nyní je na komunitě teoretických fyziků a dalších experimentech, aby na to navázali a tuto záhadu vysvětlili,“ dodal. „Pokud je rozdíl mezi experimentální a očekávanou hodnotou způsobený nějakou novou částicí nebo subatomární interakcí, což je jedna z možností, je tady velká šance, že se jedná o něco, co by mohlo být objeveno v budoucích experimentech.“ 

Tento objev by podle něj mohl vést k vytvoření nové, úplnější teorie fungování vesmíru. „Pokud budou výsledky ověřeny dalšími experimenty, svět bude vypadat jinak,“ řekl pro BBC News. „Musí dojít ke změně paradigmatu. Je naděje, že možná právě tento výsledek bude tím, který prolomí hráz. Slavný astronom Carl Sagan řekl, že mimořádná tvrzení vyžadují mimořádné důkazy. Věříme, že je máme.“

Rozporuplné výsledky

„Je třeba připomenout, že citovaný výsledek měření hmotnosti bosonu W je jen jeden z několika měření této veličiny,“ uvedl pro ČT24 fyzik Jiří Chýla z Fyzikálního ústavu Akademie věd. „Má sice nejmenší chybu, ale i měření kolaborace D0, která také pracovala na urychlovči TEVATRON ve Fermilab jako CDF, a především kolaborace ATLAS na uychovači LHC v CERN, jsou dostatečně přesná a v souhlase se standardním modelem a naopak v rozporu s měřením CDF.“ O tom, kdo má pravdu, zda ATLAS a D0, nebo CDF a zda tedy má standardní model problém, rozhodnou podle profesora Chýly nová měření kolaborací ATLAS a CMS v CERN s mnohonásobně větší statistikou než má CDF, jejíž měření se opírá o data z doby před rokem 2011. „Do té doby může být standardní model klidný,“ dodává vědec.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Nová varianta covidu „cikáda“ odolávající protilátkám se dostala už i do Česka

Nově se šířící varianta viru SARS-CoV-2 se liší od těch předchozích tolik, že by mohla snadněji unikat očkování i předchozímu překonání covidu. Upozorňují na ni experti ve více zemích včetně Česka. Pokud by se šířila dál, bylo by zřejmě potřeba změnit očkování.
před 14 hhodinami

VideoČeští experti zkoumají čínského robota Karla

Odborníci ze spolku Česká IT akademie zkoumají čínského humanoidního robota jménem Karel. Objevují, jak technologie funguje, i to, co všechno tito roboti dokážou o svých uživatelích zjistit. S čínskými technologiemi se totiž dlouhodobě spojují rizika spojená se sledováním i sběrem dat. Podle Ondřeje Chlupáčka z akcelerátoru S-tech Ventures je jedním z cílů zkoumání zjistit, jaké komponenty lze nahradit evropskými alternativami a jak by to bylo drahé či složité. Kromě toho odborníci učí Karla správně používat jeho ruce. V budoucnu by pak roboti mohli nahradit lidské pracovníky třeba ve zdravotnictví nebo průmyslu.
27. 3. 2026

Wikipedie omezila používání AI, povoluje už jen drobné úpravy a překlady

Otevřená internetová encyklopedie Wikipedie zakázala používání umělé inteligence při tvorbě nebo přepisování článků. Podle nových pravidel smí editoři používat jazykové modely, například ChatGPT, Google Gemini nebo DeepSeek, pouze výjimečně. Texty vytvořené těmito nástroji totiž často porušují základní zásady encyklopedie, zejména požadavek na ověření ze spolehlivých zdrojů.
27. 3. 2026

Vědci testují očkování proti fentanylu. Může zabránit vzniku „zombií“

Epidemie fentanylové závislosti se rozšířila už tak moc, že vědci hledají řešení, která by ještě nedávno nebyla ve hře. Jedním z nich by mohlo být například očkování, které „vypne“ v mozku centra, jež reagují na tuto drogu. Testování této vakcíny už začalo.
27. 3. 2026

Družice AMBIC bude očima Česka v kosmu. Má sledovat povodně, požáry či dopravu

Zástupci národního centra pro letectví a vesmír VZLU Aerospace a Evropské kosmické agentury (ESA) v pátek podepsali smlouvu, která zajistí vývoj družice AMBIC. Ta by v budoucnu měla pomoci mimo jiné při zvládání požárů a povodní nebo sledování situace na silnicích a železnicích.
27. 3. 2026

Blíží se „super El Niño“, predikují experti. Může přinést nejteplejší rok vůbec

Nová měření naznačují, že letos zřejmě převládne teplá fáze teploty oceánské vody, které se říká El Niño. To by mohlo mít závažné dopady na počasí ve velké části světa.
27. 3. 2026

Co se stane, když naklonujete klon? Vědci narazili na bariéru

Před jednatřiceti lety lidé poprvé viděli klon. Ovce Dolly byla první, ale nikoliv poslední, od té doby se tento proces používá běžně v mnoha oblastech vědy. Ve vzduchu ale stále visí jedna otázka: Dá se klonovat nekonečně, nebo existuje mez, kdy to přestává fungovat? Teď tuto hranici našli japonští biologové.
27. 3. 2026
Doporučujeme

Pes je nejlepším přítelem člověka o tisíce let déle, než se předpokládalo

Pes je nejlepším přítelem člověka už nejméně šestnáct tisíc let, prokázala dvojice studií, které vyšly tento týden v odborném žurnálu Nature. Vědci tak výrazně posunuli datum doby, kdy se psi prokazatelně vyskytovali s lidmi v Eurasii – a to přibližně o pět tisíc let směrem do minulosti.
26. 3. 2026
Načítání...