Φυσικοί εντόπισαν ενδείξεις μιας διάσπασης σωματιδίων τόσο σπάνιας, που αναμένεται να συμβαίνει περίπου μία φορά ανά 10 δισεκατομμύρια σωματίδια «beauty» (σωματίδια που περιέχουν κουάρκ beauty). Το εύρημα αυτό, το οποίο προέρχεται από το αναβαθμισμένο πείραμα LHCb στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN, αποτελεί το επιστέγασμα μιας αναζήτησης που διήρκεσε περισσότερα από 40 χρόνια. Παράλληλα, φέρνει τους φυσικούς πιο κοντά στην εξερεύνηση του «Zeptoverse» (Ζεπτοσύμπαντος) — ενός ανεξερεύνητου κόσμου που εκτείνεται σε αποστάσεις της τάξης του ενός δισεκατομμυριοστού του τρισεκατομμυριοστού του μέτρου (ενός «ζεπτομέτρου»), όπου ενδέχεται να κρύβονται νέα σωματίδια και δυνάμεις της φύσης.
Αναζητώντας ίχνη νέας φυσικής
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ διαδραμάτισαν καθοριστικό ρόλο στο πείραμα LHCb και στη σημαντική αναβάθμισή του —η οποία επιτρέπει πλέον τη συλλογή δεδομένων με ρυθμό έως και πενταπλάσιο σε σχέση με το παρελθόν— συμβάλλοντας, μεταξύ άλλων, στην ανάπτυξη τεχνολογίας ανιχνευτών που κατέστησε δυνατή τη νέα αυτή μέτρηση.
Το εύρημα αυτό θα επιτρέψει στους φυσικούς να ελέγξουν το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) —την τρέχουσα, επικρατέστερη θεωρία μας για τα θεμελιώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις τους— με μεγαλύτερη ακρίβεια, καθώς και να αναζητήσουν ίχνη σωματιδίων ή δυνάμεων που ενδέχεται να βρίσκονται πέρα από αυτό.
Το πείραμα LHCb μελετά σωματίδια που περιέχουν κουάρκ beauty (beauty quarks) — βαρύτερους συγγενείς των κουάρκ «up» και «down» που απαντώνται στη συνήθη ύλη γύρω μας. Τα κουάρκ beauty παράγονται κατά εκατομμύρια στις συγκρούσεις που λαμβάνουν χώρα στον LHC, αλλά επιβιώνουν μόνο για περίπου 1,5 τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου πριν διασπαστούν.
Πραγματοποιώντας ακριβείς μετρήσεις των διαφορετικών τρόπων με τους οποίους διασπώνται τα κουάρκ beauty, οι φυσικοί μπορούν να εντοπίσουν την επίδραση νέων σωματιδίων, τα οποία ενδέχεται να είναι πολύ μικρά για να ανιχνευθούν άμεσα στον LHC. Όσο πιο σπάνια είναι μια διάσπαση, τόσο πιο ευαίσθητη καθίσταται στην επίδραση νέων σωματιδίων. Τα σωματίδια αυτά θα μπορούσαν να μεταβάλουν τη συχνότητα με την οποία συμβαίνει η εν λόγω διάσπαση.
Το νέο αποτέλεσμα αφορά μια εξαιρετικά σπάνια διάσπαση, γνωστή ως «Bd σε mu mu» (Bd → μ⁺μ⁻), κατά την οποία ένα σωματίδιο που περιέχει ένα κουάρκ beauty διασπάται σε δύο μιόνια — βαρύτερους συγγενείς των ηλεκτρονίων.
Οι επιστήμονες προβλέπουν ότι το φαινόμενο αυτό συμβαίνει περίπου μία φορά ανά 10 δισεκατομμύρια σωματίδια beauty. Μέχρι σήμερα, κανένα πείραμα δεν είχε καταφέρει να βρει σαφείς ενδείξεις για τη συγκεκριμένη διαδικασία.
Η νέα μέτρηση πέτυχε στατιστική σημαντικότητα 3,2 σίγμα (3,2 sigma). Αυτό επαρκεί ώστε οι φυσικοί να χαρακτηρίσουν το αποτέλεσμα ως την πρώτη ένδειξη της διάσπασης, αν και θα χρειαστούν περισσότερα δεδομένα για να επιτευχθεί το όριο των «πέντε σίγμα» (five-sigma), το οποίο απαιτείται προκειμένου να τεκμηριωθεί μια ανακάλυψη στη φυσική σωματιδίων.
Το Ηνωμένο Βασίλειο συνεισέφερε τη μεγαλύτερη εθνική συμμετοχή στο έργο, πρωτοπορώντας στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών που κατέστησαν εφικτό το σημερινό αποτέλεσμα, επιτρέποντάς μας να εξερευνήσουμε τη φύση σε μια νέα κλίμακα. Ωστόσο, αυτό είναι μόνο η αρχή· σχεδιάζουμε ήδη ένα πείραμα που θα αξιοποιήσει τις δυνατότητες του επιταχυντή LHC υψηλής φωτεινότητας (High Luminosity LHC) επόμενης γενιάς, διερευνώντας τη φυσική σε ακόμη μικρότερη κλίμακα».
Ένα σημαντικό εξάρτημα του αναβαθμισμένου πειράματος LHCb, το οποίο κατασκευάστηκε στο Ηνωμένο Βασίλειο, είναι ένας ανιχνευτής πυριτίου τύπου pixel (silicon pixel detector), ο οποίος καταγράφει τις τροχιές των σωματιδίων που παράγονται κατά τις συγκρούσεις στον LHC με εξαιρετική ακρίβεια.
Το όργανο αυτό, γνωστό ως Vertex Locator (Εντοπιστής Κορυφών), βρίσκεται σε απόσταση μόλις πέντε χιλιοστών από τις δέσμες του LHC και επιτρέπει στους επιστήμονες να εντοπίζουν με ακρίβεια το σημείο όπου παράγονται τα σωματίδια, καθώς και το σημείο όπου διασπώνται.
Στο «Zeptoverse» (Ζεπτοσύμπαν)
Οι φυσικοί ελπίζουν ότι μετρήσεις όπως αυτή θα τους επιτρέψουν να εξερευνήσουν το «Zeptoverse» (Ζεπτοσύμπαν). Αν και γνωρίζουν ότι η νέα μέτρηση συμφωνεί με τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου, οι ολοένα και ακριβέστερες μετρήσεις αυτών των σπάνιων διασπάσεων θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους φυσικούς στην αναζήτηση ενδείξεων για «νέα φυσική», αποκαλύπτοντας τα σημεία όπου το Καθιερωμένο Πρότυπο ενδέχεται, τελικά, να αρχίσει να καταρρέει.
Το αναβαθμισμένο πείραμα αναμένεται να συλλέξει ένα πολύ μεγαλύτερο σύνολο δεδομένων έως τις αρχές της δεκαετίας του 2030, επιτρέποντας στους φυσικούς να μελετήσουν τη διάσπαση με ολοένα μεγαλύτερη ακρίβεια.
Μια περαιτέρω προγραμματισμένη αναβάθμιση θα μπορούσε να αυξήσει τον ρυθμό συλλογής δεδομένων κατά ακόμη μία τάξη μεγέθους (δηλαδή κατά 10 φορές), επιτρέποντας ακριβέστερες μετρήσεις αυτών των διασπάσεων και παρέχοντας στους φυσικούς μεγαλύτερη ευαισθησία στον εντοπισμό άγνωστων σωματιδίων, σε ακόμη μικρότερες αποστάσεις.
www.worldenergynews.gr
