Σπάνια διάσπαση σωματιδίων στον επιταχυντή του CERN. Cern Large Hadron Collider detects extremely rare particle decays confirming Standard Model

Μια σπάνια διάσπαση σωματιδίων έλαβε χώρα στον LHC. Cern has announced the first observation of extremely rare decays of particles known as neutral B mesons, confirming the Standard Model of physics (Reuters).

Για πρώτη φορά οι επιστήμονες του CERN, μεταξύ των οποίων και Έλληνες φυσικοί, «είδαν» μια υπερβολικά σπάνια διάσπαση σωματιδίου, η οποία ποτέ δεν είχε παρατηρηθεί πειραματικά μέχρι σήμερα. Συγκεκριμένα, σε δημοσίευσή τους στην επιθεώρηση «Nature», οι ερευνητικές ομάδες των πειραμάτων CMS και LHCb περιγράφουν την πρώτη παρατήρηση της εξαιρετικά σπάνιας διάσπασης του σωματιδίου B⁰_s σε δύο μιόνια. Η μελέτη αφορά δεδομένα που συλλέχθηκαν πριν σταματήσει την λειτουργία του ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) για αναβάθμιση η οποία ολοκληρώθηκε και ο επιταχυντής βρίσκεται εδώ και λίγες εβδομάδες εκ νέου σε λειτουργία.  

Η διεργασία

A scientist looks at a section of the European Organisation for Nuclear Research (CERN) Large Hadron Collider (LHC) in Meyrin, near Geneva, during maintenance works on July 19, 2013 (AFP Photo/Fabrice Coffrini).

Το λεγόμενο «Καθιερωμένο Πρότυπο» (η καλύτερη έως τώρα φυσική θεωρία που περιγράφει τα δομικά συστατικά της ύλης και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις - πλην της βαρυτικής) προβλέπει ότι αυτή η σπάνια υποατομική διεργασία συμβαίνει με συχνότητα τέσσερις φορές στο δισεκατομμύριο και γι' αυτό δεν είχε καταγραφεί ποτέ πριν. Τέτοιες διασπάσεις μάλιστα θα μπορούσαν να ανοίξουν ένα παράθυρο σε θεωρίες πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο, όπως η υπερσυμμετρία.

Η επιστημονική ανακοίνωση βασίσθηκε στην ανάλυση δεδομένων που συλλέχθηκαν από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) μεταξύ 2011 και 2012. Οι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι τα πειραματικά δεδομένα ενδεχομένως υποδεικνύουν και μια δεύτερη, ακόμη σπανιότερη, διάσπαση,  του B⁰ (‘ξαδέλφου' του B⁰_s) σε δύο μιόνια.

Τα B⁰_s και B⁰ είναι μεσόνια, δηλαδή μη στοιχειώδη ασταθή υποατομικά σωματίδια, που αποτελούνται από ένα κουάρκ και ένα αντι-κουάρκ, τα οποία συγκρατούνται μαζί μέσω της ισχυρής αλληλεπίδρασης. Τέτοια σωματίδια παράγονται μόνο σε συγκρούσεις υψηλής ενέργειας στο εσωτερικό των επιταχυντών ή στη φύση, για παράδειγμα κατά την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων.

«Αποτελεί μαρτυρία της εξαιρετικής λειτουργίας του LHC και της ευαισθησίας των πειραμάτων μας, το γεγονός ότι μπορέσαμε επιτέλους να παρατηρήσουμε αυτή την εξαιρετικά σπάνια, όσο και σημαντική διάσπαση», ανέφερε ο εκπρόσωπος του LHCb Γκάι Ουίλκινσον.

«Η έρευνα για τον εντοπισμό νέων σωματιδίων και η μελέτη σπάνιων διασπάσεων είναι συμπληρωματικές στρατηγικές για την ανακάλυψη μιας νέας Φυσικής. Η ακρίβεια με την οποία τα πειράματά μας μπορούν να παρατηρήσουν αυτές τις διασπάσεις-κλειδιά και να μετρήσουν τον ρυθμό τους, θα βελτιώνεται συνεχώς, θέτοντας επομένως όρια στην επέκταση του Καθιερωμένου Προτύπου», ανέφερε ο εκπρόσωπος του CMS Τιζιάνο Καμπορέζι.

Η μέτρηση

Event display of a candidate B⁰_s particle decaying into two muons in the LHCb detector. (Image: LHCb/CERN)

Τα δεδομένα που θα συλλεχθούν μελλοντικά κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του LHC, αναμένεται να βελτιώσουν ακόμη περισσότερο την ακρίβεια της μέτρησης του B⁰_s και θα καθορίσουν αν οι υποψίες για την σχετική διάσπαση του B⁰ τελικά επιβεβαιωθούν.

Event display of a candidate B⁰_s decay into two muons in the CMS detector. (Image: CMS event display/CERN)

Καθώς ο επιταχυντής του CERN τέθηκε ξανά σε λειτουργία πρόσφατα, χιλιάδες φυσικοί έχουν επιδοθεί στην αναζήτηση στοιχείων που θα συνηγορούν για την ύπαρξη μιας νέας Φυσικής η οποία θα μπορούσε να εξηγήσει μερικά από τα μεγαλύτερα επιστημονικά αινίγματα, όπως της φύσης της σκοτεινής ύλης.