Οι φυσικοί στη Συνεργασία BESIII έδωσαν νέα πνοή σε μια δεκαετιών δοκιμασία μιας από τις πιο σημαντικές ιδέες του Καθιερωμένου Μοντέλου, χρησιμοποιώντας μια τεχνική που είχε μείνει σχεδόν ανέγγιχτη από τους πειραματιστές για 35 χρόνια.
Αλλαγή γεύσεων
Σε νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε στο Nature, οι ερευνητές εξέτασαν έναν μικρό πίνακα αριθμών που ονομάζεται πίνακας CKM, ο οποίος διέπει τον τρόπο με τον οποίο ένας τύπος θεμελιώδους σωματιδίου μπορεί να μετατραπεί σε έναν άλλο. Παρακολουθώντας ζεύγη ασταθών σωματιδίων που ονομάζονται υπερόνια λάμδα, συνδεδεμένα μέσω κβαντικής διεμπλοκής, η ομάδα παρήγαγε μια νέα, ανεξάρτητη μέτρηση που ευθυγραμμίζεται με αυτό που προβλέπει το Καθιερωμένο Μοντέλο.
Μέχρι σήμερα, το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι η καλύτερα λειτουργική θεωρία των φυσικών για τα σωματίδια που αποτελούν την ύλη και τις δυνάμεις που τα διέπουν. Όλη η αδρονική ύλη αποτελείται από κουάρκ, τα οποία διατίθενται σε έξι τύπους ή "γεύσεις": πάνω, κάτω, παράξενο, γοητευτικό, πάνω και κάτω.
Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Μοντέλο, τα κουάρκ μπορούν να αλλάξουν γεύση, με τον πίνακα CKM να παρέχει ένα βιβλίο κανόνων πιθανοτήτων για το πόσο πιθανό θα είναι να συμβεί κάθε αλλαγή. Μια βασική πρόβλεψη της θεωρίας είναι ότι αυτές οι πιθανότητες πρέπει να αθροίζονται ακριβώς στο ένα. Εάν δεν το κάνουν, κάτι πρέπει να λείπει από τη θεωρία.
Διερεύνηση της διάσπασης
Μια καταχώρηση στο βιβλίο κανόνων, που ονομάζεται VUS, περιγράφει πόσο πιθανό είναι ένα παράξενο κουάρκ να μετατραπεί σε ένα άνω κουάρκ. Για χρόνια, οι καλύτερες μετρήσεις του VUS προέρχονται από σωματίδια που ονομάζονται καόνια, και έχουν δείξει μια μικρή αλλά επίμονη αναντιστοιχία με τη θεωρία. Επειδή όλες αυτές οι μετρήσεις βασίζονται σε παρόμοιες υποθέσεις, χρειάζεται εδώ και καιρό ένας ανεξάρτητος διασταυρούμενος έλεγχος.
Μια τέτοια δοκιμή μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας υπερόνια λάμδα, βαρύτερα συγγενικά του νετρονίου. Όταν ένα από αυτά τα σωματίδια διασπάται, ένα παράξενο κουάρκ μέσα σε αυτό μετατρέπεται σε ένα άνω κουάρκ, και περιστασιακά το υπερόνιο εκπέμπει ένα ηλεκτρόνιο παράλληλα με ένα μη ανιχνεύσιμο σωματίδιο που ονομάζεται νετρίνο. Αυτή η διαδικασία αντανακλά άμεσα το μέγεθος του VUS, αλλά προηγούμενα πειράματα δεν μπόρεσαν να προσδιορίσουν αρκετές λεπτομέρειες σχετικά με τη διάσπαση για να εξαχθεί μια ακριβής τιμή.
Αξιοποίηση της διεμπλοκής
Για να αντιμετωπίσει την πρόκληση, η Συνεργασία BESIII παρήγαγε υπερόνια σε ζεύγη συνδεδεμένα με κβαντική διεμπλοκή, έτσι ώστε η μέτρηση του ενός διδύμου να αποκαλύπτει κρυφές πληροφορίες για το άλλο. Η σύγκρουση ηλεκτρονίων με τα αντίστοιχα αντιύλης τους δημιούργησε περιστασιακά ένα σωματίδιο που διασπάστηκε σε ένα υπερόνιο λάμδα και τον συνεργάτη του αντιύλης, εμπλεκόμενο και περιστρεφόμενο σε βήμα.
Μελετώντας τη διάσπαση ενός σωματιδίου, η ομάδα μπόρεσε να ανακατασκευάσει κατά τα άλλα αόρατες λεπτομέρειες του άλλου, εξετάζοντας 10 δισεκατομμύρια συμβάντα σύγκρουσης στη διαδικασία. Όταν συνδυάστηκε με θεωρητικούς υπολογισμούς, το αποτέλεσμα έδωσε μια τιμή VUS συμβατή με έναν πλήρως ισορροπημένο πίνακα CKM, υποστηρίζοντας το Καθιερωμένο Μοντέλο με τρόπο που δεν είχε ποτέ δοκιμαστεί άμεσα για αυτόν τον τύπο σωματιδίου.
Νέες δοκιμές για το Καθιερωμένο Μοντέλο
Προς το παρόν, η μέτρηση εξακολουθεί να βρίσκεται σε ήπια ένταση με τα αποτελέσματα που βασίζονται σε καόνια, επομένως το μυστήριο δεν έχει λυθεί πλήρως. Ωστόσο, λόγω της επαναληψιμότητας και της ακρίβειάς της, η Συνεργασία BESIII επιδιώκει ήδη να επεκτείνει τη μέθοδο σε άλλα θεμελιώδη σωματίδια.
Με περισσότερα δεδομένα και βελτιωμένους υπολογισμούς, οι ερευνητές είναι βέβαιοι ότι θα μπορούσε τελικά να αποκαλύψει εάν ανεπαίσθητα σφάλματα στο Καθιερωμένο Πρότυπο θα μπορούσαν να αποτελούν σημαντικές ρωγμές στη θεωρία, απαιτώντας εντελώς νέες θεωρίες για να εξηγηθούν.
www.worldenergynews.gr
