Den digre maskinen LHC ved CERN på grensa mellom Frankrike og Sveits undersøker de minste tingene i universet - det som kalles elementærpartikler.

Du kan lese mer om hva fysikere egentlig mener med partikler i denne forskning.no-saken. Det er ikke snakk om små byggeklosser, men noe langt mer mystisk.

Mange tiår med eksperimenter og teoretisk arbeid har bygget opp Standardmodellen, teorien som beskriver alle partiklene fysikerne kjenner til.

LHC kan finne nye partikler ved å smelle andre partikler inn i hverandre med masse energi. Det er slik Higgs-bosonet ble bekreftet i 2011.

Men det er klart at standardmodellen ikke er komplett, og kan ikke forklare alt som forskere ser ute i universet. Mørk materie er et eksempel på et stort, uløst spørsmål som ikke passer inn i Standardmodellen.

Fysikk utover modellen

Standarmodellen er allikevel kjent for å være en ekstremt presis teori, som kan gi veldig nøyaktige svar på hvordan partiklene oppfører seg.

Når det dukker opp sprekker i denne teorien, altså steder hvor teorien og målinger fra virkeligheten ikke passer med hverandre, kan det bety at det foregår noe fysikerne ikke vet: Det som kalles ny fysikk, eller fysikk utover Standarmodellen.

Og LHCb-eksperimentet ved CERN kan ha funnet en sprekk i modellen, etter mange år med innsamling av målinger fra partikler.

– Dette eksperimentet leter ikke etter nye, tunge partikler, men de produserer partikler vi allerede vet finnes, sier Are Raklev til forskning.no. Han er professor i fysikk ved Universitetet i Oslo.

Poenget er å måle egenskapene til disse partiklene så presist som mulig for å se om de oppfører seg som Standardmodellen sier, forteller Raklev. Disse partiklene eksisterer bare et ekstremt korte tidsrom, før energien går over til andre, lettere partikler. Det kalles for at partiklene henfaller.

De nye resultatene er basert på målinger som er samlet inn av LHC siden den ble startet opp i 2009. Etter en pause i 2013, kjørte den nye runder fra 2015 til 2018.

Etter mange år med partikkelmålinger har fysikerne nok informasjon til å se etter mønstre, og om det er noe som ikke passer. Og fysikere ved CERN mener de kan ha funnet noe.

Partiklene oppfører seg ikke som de skal

Her er det snakk om en type kvark, kalt bottom-kvark, som ifølge modellen skal henfalle på to forskjellige måter, og det burde skje like ofte over milliarder av sånne hendelser. Men målingene fra CERN viser at det kanskje ikke fungerer sånn i virkeligheten.

– Det er kjempeinteressant, og det er noe som har vært lett etter i lang tid, sier fysiker Are Raklev til forskning.no.

Partikkelen henfalt oftere til en av de mulige tilstandene, noe som da ikke kan forklares med standardmodellen.

Dette kan fortsatt være tilfeldige uregelmessigheter de har målt, men det er svært liten sannsynlighet for at forskerne har tilfeldigvis fått et så skeivt resultat. Det er kalkulert til å være rundt 0,1 prosent, ifølge CERN. De foreløpige resultatene beskrives i denne forskningsartikkelen.

Men målingene er fortsatt ikke sikre nok til å slå fast at det er noe nytt som foregår her.

Hvis det er noe nytt, hva kan dette bety?

Elektronets tyngre søsken

Kvarken henfaller sjeldnere enn modellen tilsier til myoner, en partikkel som er svært likt elektronet, men er mye mer massivt. Ifølge modellen burde den henfalt like ofte til elektroner og myoner.

Myonet er et lepton, en type partikkel med visse egenskaper som skiller det fra andre partikler, som bosoner.

Myonet egner seg svært godt til å bruke i partikkelakseleratorer, selv om det er flere tekniske utfordringer, som du kan lese mer om på forskning.no.

Men Raklev forteller at det kan være noe med myonet som forskerne enda ikke kjenner til, og noe av dette resultatet kan knyttes til mulige ukjente sider ved myonet.

– Partikkelfysikere vil nok pusse litt på myon-tolkningene sine i påsken, sier Raklev.

Men hvis det faktisk viser seg å være en sprekk i Standarmodellen her, hva betyr det?

Nye partikler?

En forklaring kan være en ny type partikkel, kalt leptokvark, forklarer Raklev. Disse hypotetiske partiklene finnes i noen teoretiske modeller, og kan forklare de observerte effektene. Disse leptokvarkene vil påvirke myoner mer enn elektroner, og kan føre til en skeivhet i målingene.

Hvis en sånn partikkel ble funnet, vil det også være en helt ny type partikkel, en slags blanding mellom de kjente partiklene.

Raklev forteller også at disse hypotetiske partiklene spiller en rolle i modeller som prøver å forene de forskjellige kreftene som fysikken kjenner til, og beskriver forholdene slik de kan ha vært i det svært tidlige universet.

Det tar en stund før vi får svar på om disse resultatene faktisk holder, siden LHC har vært stengt ned for å bli oppgradert siden 2018. Den skal starte opp igjen i 2022, men det tar lang tid å samle inn nok data for å avklare spørsmålet.

I mellomtiden venter fysikere på resultater fra andre eksperimenter om myonet, som kanskje kan si mer om hva som skjer her.