آزمایشگاه دزی و فیزیکی جدید

بیشتر فیزیك‌دانان ذرات در انتظار این‌اند كه هیگز آخرین ذره باقیمانده در مدل استاندارد، كشف شود. اما نتایج حاصل از آزمایشگاه دزی امكان جدیدی مطرح می‌كند. به طور خلاصه، تعداد پراكندگی‌های رو به عقب در برخورد شدیداً ناكشسان پوزیترون با پروتون در انرژی‌های زیاد، بیش از پیش‌بینی مدل استاندارد است. در آزمایشگاه دزی، شتاب‌دهنده هرا باریكه‌ای از پوزیترون را تا انرژی GeV5ر27، و باریكه‌ای از پروتون را تا انرژی GeV850 شتاب می‌دهد و دو باریكه را به هم برخورد می‌دهد. دو گروه آزمایشی 1H و رئوس نتایج برخورد را بررسی می‌كنند. گروه 1H، برای تكانه انتقال یافته GeV2 15000> 2Q، 12 رویداد مشاهده كرده است، در حالی كه پیش‌بینی مدل استاندارد 76ر0± 71ر4 است. گروه زئوس برای 2GeV35000 > 2Q دو رویداد مشاهده كرده است، در حالی كه پیش‌بینی مدل استاندارد 013ر0 ± 145ر0 است. این رویداد در نظر اول شبیه رویدادهای اوایل دهه 1970 در مركز شتاب‌دهنده خطی استانفورد است كه برای نخستین بار وجود كوارك در پروتون را تأیید كرد.
اما تفسیرهای احتمالی آزمایش بر اساس پیش‌بینی مدل استاندارد، برهم‌كنش پروتون و پوزیترون در واقع به شكل برهم‌كنش كوارك‌های تشكیل دهنده پروتون با پوزیترون است. این برهم‌كنش عمدتاً الكترومغناطیسی و از طریق مبادله فوتون‌های مجازی است. نتیجه محاسبه بر اساس مدل استاندارد نشان می‌دهد كه تعداد رویدادها در 2Q بزرگ متناسب با 4Q/1 است (هرچه 2Q بزرگتر باشد، زاویه پراكندگی پوزیترون بزرگتر می‌شود). تناسب تعداد رویدادها با 4Q/1 در واقع دقیق نیست؛ برهم‌كنش ضعیف هم در پراكندگی سهیم است. در این برهم‌كنش بوزون‌های Z مجازی مبادله می‌شود و تناسب تعداد رویدادها با 4Q/1 را به مقدار كمی تصحیح می‌كنند. همه این پیش‌بینی‌ها براساس دو فرض اساسی قرار دارد: یكی اینكه برهم‌كنش دقیقاً براساس مدل استاندارد است و دیگری اینكه كوارك‌ها بنیادی‌اند. یعنی ساختار درونی ندارند. به این ترتیب، یك راه ساده تفسیر نتایج آن است كه فرض كنیم كوارك ساختار درونی دارد یعنی مركب است. در این صورت انحراف از مدل نقطه‌ای كوارك در تكانه‌های انتقالیی ظاهر می‌شود كه Q^2>αh^2/〖r_q〗^2 . در اینجا 137/1 = α ثابت ساختار ظریف الكترومغناطیسی، و r_q شعاع نوعی كوارك است. یك راه دیگر تفسیر نتایج، فرض وجود ذره‌ای جدید است. در واقع به نظر می‌رسد كه رویدادهای اضافی عمدتاً به ازای انرژی مركز جرم (پوزیترون + كوارك برهم‌كنش كننده) تقریباً GeV200 رخ داده‌اند. این احتمالاً نشانه آن است كه واكنش، جز از طریق مبادله فوتون یا بوزون Z، از طریق مبادله ذره سومی به جرم حدوداً GeV200 هم انجام می‌شود. این ذره جدید، كه باید در برهم‌كنش یك لپتون (پوزیترون) و یك كوارك تولید شود را به طور كلی لپتوكوارك می‌نامند. در واقع در مدل‌های وحدت بزرگ (وحدت الكترومغناطیسی، هسته‌ای ضعیف، و هسته‌ای قوی) وجود چنین ذره‌ای پیش‌بینی می‌شود، اما نه با جرم GeV200 بلكه با جرمی بسیار بزرگتر، از مرتبه مقیاس انرژی وحدت بزرگ، اما اگر كوارك‌ها و لپتون‌ها ذراتی مركب با اجزای یكسان باشند، وجود لپتوكوارك‌های با جرم نسبتاً كم نیز ممكن است.
سرانجام، در بعضی از مدل‌های ابر متقارن نیز وجود چنین ذراتی پیش‌بینی می‌شود، ذراتی كه شبیه لپتوكوارك رفتار می‌كنند، اما این مدل‌ها ساده‌ترین مدل‌های ابر متقارن نیستند و چندان مورد توجه نظریه پردازان نیستند.
وجود لپتوكوارك، در عین حال كه ممكن است مسئله رویدادهای اضافی را حل كند، مسئله دیگری پیش می‌آورد و آن اینكه بر فرایندهای دیگر فیزیك ذرات هم اثر می‌كند. اما فرایندهای دیگر فیزیك ذرات تقریباً به طور كامل با مدل استاندارد سازگارند. به این ترتیب، مسئله ورود لپتوكوارك به فیزیك ذرات بدون برهم‌زدن سازگاری تجربه با مدل استاندارد، كاملاً غیر بدیهی است. در پایان یك مسئله دیگر هم باقی است: آیا داده‌های حاصل از هرا واقعاً فیزیك جدیدی را نشان می‌دهند یا فقط یك افت و خیز آماری‌اند؟ با داده‌های فعلی، احتمال افت و خیز آماری برای داده‌های 1H، 1% و برای داده‌های زئوس 6% است. اما تا پایان ماه اكتبر داده‌های بیشتری جمع آوری شده است، كه قاعدتاً به سؤال بالا به طور قاطع‌تری جواب می‌دهد. اگر این فزونی رویدادها ادامه یابد، فیزیك ذرات حوزه هیجان‌انگیزی برای آزمایش‌گران و نظریه‌پردازان خواهد شد.