Vedci hľadali takmer nemožné. CERN zachytil jeden z najvzácnejších javov fyziky

Vo fyzike častíc často rozhodujú detaily, ktoré sa objavia iba výnimočne. Vedci preto niekedy analyzujú miliardy zrážok, aby našli niekoľko jediných udalostí. Práve takýto prípad teraz zaznamenali výskumníci v Európskej organizácii pre jadrový výskum CERN, ktorý o tom informoval v tlačovej správe.

Medzinárodný tím vedcov pracujúci na experimente NA62 oznámil nové výsledky výskumu jedného z najvzácnejších procesov vo fyzike elementárnych častíc. Ide o rozpad častice nazývanej kaón. Tento jav sa objaví približne raz z 10 miliárd prípadov.

Nová analýza zároveň znížila mieru neistoty pri meraní tohto procesu, čo pomáha spresniť naše chápanie základných zákonov fyziky.

Experiment NA62 skúma častice so zvláštnymi kvarkmi

Experiment NA62 funguje v severnej časti komplexu CERN. Na projekte spolupracuje 33 vedeckých inštitúcií zo 16 krajín. Vedci sa zameriavajú najmä na rozpad častíc obsahujúcich takzvané zvláštne kvarky.

Kaóny patria medzi krátko žijúce častice, ktoré vznikajú pri vysokoenergetických zrážkach. Obsahujú práve tento typ kvarku označovaný ako s kvark. Z pohľadu hmotnosti ide o tretí najľahší typ kvarku.

Keď kaón vznikne, veľmi rýchlo sa rozpadne na iné častice. Niektoré z týchto rozpadov vedci poznajú veľmi dobre. Iné sa objavujú tak zriedkavo, že ich výskum vyžaduje extrémne množstvo dát.

CERN

Rozpad, ktorý sa objaví raz z 10 miliárd prípadov

Vedci sa v experimente NA62 zamerali na mimoriadne vzácny proces označovaný ako K+ → π+ νν. V tomto prípade sa kladne nabitý kaón rozpadne na pion a dvojicu častíc nazývaných neutríno a antineutríno.

Práve neutrína robia celý proces mimoriadne náročným na pozorovanie. Tieto častice nemajú elektrický náboj a ich hmotnosť je extrémne malá. S hmotou interagujú len veľmi slabo, preto dokážu preletieť detektorom bez toho, aby zanechali merateľnú stopu.

Vedci preto nemôžu tento rozpad sledovať priamo. Musia ho rekonštruovať nepriamo pomocou presného merania energie a pohybu ostatných častíc vzniknutých pri rozpade.

„Továreň na kaóny“ produkuje miliardy častíc

Aby vedci dokázali takýto vzácny jav zachytiť, potrebujú obrovské množstvo častíc. Experiment NA62 preto pracuje s mimoriadne intenzívnym zdrojom kaónov. Vďaka tomu si vyslúžil prezývku kaónová továreň.

Kaóny vznikajú tak, že vedci vystrelia intenzívny lúč protónov z urýchľovača Super Proton Synchrotron na terč z berýlia. Ide o druhý najväčší urýchľovač v komplexe CERN.

Pri zrážke vznikne takmer miliarda častíc každú sekundu. Približne 6 percent z nich tvoria práve kaóny. Detektory experimentu NA62 potom analyzujú produkty ich rozpadov.

Reprofoto: YouTube/CERN

Vďaka tejto infraštruktúre dokážu fyzici prehľadávať obrovské množstvo dát a identifikovať niekoľko kandidátnych udalostí medzi miliardami bežných interakcií.

Umelá inteligencia pomohla spresniť výsledky

Vedci už v roku 2024 oznámili pozorovanie tohto rozpadu s takzvanou päťsigma štatistickou významnosťou. V fyzike častíc ide o hranicu, ktorá potvrdzuje skutočný objav.

Nová analýza využíva kombináciu dát zozbieraných v rokoch 2023 a 2024. Výskumníci zároveň použili pokročilé metódy strojového učenia, ktoré pomohli presnejšie analyzovať namerané údaje.

Výsledkom je najcitlivejší dátový súbor, aký tím NA62 doposiaľ analyzoval. Podľa vedcov ide o technologický úspech, keďže detektory a analytické nástroje dokážu spoľahlivo zachytiť proces, ktorý sa objaví len raz z desiatich miliárd prípadov.

Prečo je tento rozpad dôležitý

Takto vzácne procesy majú pre fyziku veľký význam. Umožňujú totiž testovať predpovede štandardného modelu, ktorý opisuje správanie základných častíc.

Ak by sa namerané hodnoty výrazne odlišovali od teoretických predpovedí, mohlo by to naznačovať existenciu novej fyziky mimo súčasných modelov.

Presné merania rozpadu kaónov preto patria medzi kľúčové experimenty, ktoré pomáhajú vedcom skúmať hranice dnešného poznania o fungovaní vesmíru.

Čítajte viac z kategórie: Novinky