Υποψίες νέας φυσικής από το πείραμα LHCb. LHCb glimpses possible sign of new physics

A result presented at the LHC Physics conference in New York could show a crack in the Standard Model. Image credit: Courtesy of CERN

Το πείραμα LHCb είναι ένα από τα τέσσερα μεγαλύτερα πειράματα που διεξάγονται στον LHC, τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (τα άλλα μεγάλα πειράματα είναι τα ATLAS, CMS και ALICE).

Οι ερευνητές του πειράματος LHCb, σε συνέδριο που πραγματοποιείται στην Νέα Υόρκη, παρουσίασαν τα πρόσφατα αποτελέσματά τους πίσω από τα οποία θα μπορούσε να κρύβεται νέα φυσική.

Τι περίεργο έδειξε το πείραμα LHCb;

Did you own a toy race-car track as a child? Ever crash your model trains into one another just to see what happened? If you did, then congratulations, you already know some of the basic principles behind the Large Hadron Collider (LHC). Built by the European Organization for Nuclear Research (CERN), the 27-kilometer tunnel buried in the Swiss countryside exists to smash particle beams into each other at velocities approaching the speed of light. The idea is to use the resulting data to better understand the structure and origins of the universe. We're talking heavy questions and even heavier answers. Perhaps it's understandable that some critics, conspiracy theorists, crackpots and (alleged) time travelers might fear something more substantial than the Higgs boson particle. Supersymmetry (a.k.a. SUSY) is a theory beyond the Standard Model that predicts the existence of more massive “superpartner” particles for all normal particles — in this case a Z boson “superpartner” could be the source of the interference, throttling muon production. As yet, there is little evidence for SUSY, but as physicists look forward to the LHC recommencing collisions in 2015, everyone will be looking out of more discrepancies, potentially piecing together more evidence for physics beyond the Standard Model. Image credit: CERN

Το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων προβλέπει ότι τα μέλη της οικογένειας των λεπτονίων, το ηλεκτρόνιο, το μιόνιο και τα σωματίδιο τ διαφέρουν μόνο ως προς τις μάζες τους. Αν εξαιρέσει κανείς τις αλληλεπιδράσεις τους με το μποζόνιο Higgs, σε όλες τις άλλες περιπτώσεις συμπεριφέρονται σαν να είναι το ίδιο σωματίδιο αλλά με διαφορετική γεύση (κβαντικός αριθμός που χαρακτηρίζει τους διαφορετικούς τύπους λεπτονίων), κάτι που όμως φαίνεται να μην παίζει ρόλο. Σε ενέργειες πολύ μεγαλύτερες από τη μάζα του λεπτονίου τ, συμπεριφέρονται πανομοιότυπα και όταν προκύπτουν από διασπάσεις άλλων σωματιδίων παράγονται σε ίσες ποσότητες.

Η ανάλυση των δεδομένων του πειράματος LHCb έδειξε ότι τα λεπτόνια παραβιάζουν τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου όταν προκύπτουν από διασπάσεις Β μεσονίων, σωματίδια που συνίστανται από b quarks (bottom quark = κουάρκ πυθμένας ή χαμηλό κουάρκ). Και αυτό θα μπορούσε να ερμηνευθεί με νέα φυσική. Συνήθως αυτά τα σωματίδια με το που δημιουργούνται διασπώνται σχεδόν αμέσως σε ελαφρά αδρόνια. Αλλά σε πολύ σπάνιες περιπτώσεις, διασπώνται και σε λεπτόνια. Το LHCb κατέγραψε διασπάσεις στις οποίες παράγονται ηλεκτρόνια και μιόνια.

Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο ο αριθμός των παραγομένων ηλεκτρονίων θα έπρεπε να είναι ίσος με τον αριθμό των μιονίων. Αντ’ αυτού παρατηρήθηκε αυξημένη κατά 25% η παραγωγή ηλεκτρονίων.

Αν αυτά τα αποτελέσματα επιβεβαιωθούν και στην επανάληψη των μετρήσεων που θα πραγματοποιηθεί σύντομα, τότε θα έχουμε ένα αναμφισβήτητο σημάδι φυσικής πέραν του Καθιερωμένου Προτύπου.

“If we continue to see this discrepancy, it could be evidence of a new particle—like a heavier cousin of the Z boson—interfering with the muon production,” says Michel De Cian, a postdoc at the University of Heidelberg, who presented the result.

Σύμφωνα με τον Michel De Cian, από το Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης, ο οποίος παρουσίασε τα αποτελέσματα της ανάλυσης στο συνέδριο της Νέας Υόρκης, «αν αυτή η διαφορά συνεχίσει να εμφανίζεται στις μετρήσεις, τότε θα έχουμε την απόδειξη ύπαρξης ενός νέου σωματιδίου που θα μοιάζει με το μποζόνιο Ζ».

Πάντως η μέχρι στιγμής στατιστική του πειράματος LHCb δεν είναι επαρκεί ώστε να επιβεβαιώσει τις ενδείξεις νέας φυσικής.