Fyzici čakali na tento moment 42 rokov. V CERNe zachytili dôkaz mimoriadne vzácneho javu

Vedci z experimentu LHCb (Large Hadron Collider Beauty), ktorý funguje v rámci obrieho podzemného urýchľovača častíc v CERN-e, oznámili historický posun v poznávaní základnej štruktúry vesmíru, upozorňuje ScienceAlert.

V rámci výskumnej prezentácie a publikovaného štúdiového študijného materiálu na platforme arXiv prezentovali dôkazy o pozorovaní extrémne vzácneho typu rozpadu nestabilnej častice. Proces, po ktorom fyzici pátrali viac ako štyri desaťročia, nastáva približne len pri jednom z desiatich miliárd rozpadov daného typu mezónu. Ide o štatistickú pravdepodobnosť výrazne nižšiu než výhra v lotérii.

Zrážky extrémne energetických častíc

Predmetom výskumu bol rozpad mezónu B^d, čo je častica zložená z takzvaného beauty kvarku a anti-kvarku down. Keďže beauty kvarky existovali vo veľkom množstve iba v prvých zlomkoch sekundy po Veľkom tresku a dnes sa v prírode vo voľnom stave nenachádzajú, vedci ich museli vygenerovať priamo v urýchľovači.

Pri zrážkach protónov dosahujúcich takmer rýchlosť svetla vznikajú tieto kvarky umelo. Vďaka silnej jadrovej interakcii okamžite vytvárajú mezóny B^d. Nestabilné subatomárne častice existujú necelé dve pikosekundy (približne 1,5 trilióntiny sekundy), kým podľahnú rozpadu. Vzácny kanál rozpadu, ktorý experiment zaznamenal, pretvára hmotu mezónu na dvojicu častíc: mión a anti-mión.

Úspešné zachytenie tohto javu si vyžadovalo technologickú modernizáciu samotného detektora LHCb a nasadenie pokročilých algoritmov strojového učenia. Inžinieri zvýšili frekvenciu detekcie zrážok a pomocou strojového učenia dokázali efektívne vyfiltrovať masívny šum pozadia, ktorý v minulosti podobné pozorovania znemožňoval.

Kľúčovú úlohu pri zbere dát zohral poddetektor VELO (Vertex Locator), umiestnený vo vzdialenosti menšej než šírka prsta od samotného lúča zrážajúcich sa častíc. Tak tesná blízkosť umožňuje systému zaznamenávať dráhy a vlastnosti subatomárnych produktov s nevídanou presnosťou.

Zatiaľ potrebujú ďalšie dáta

Vyhlásenie o pozorovaní fyzikálneho javu vyžaduje v časticovej fyzike štatistickú významnosť na úrovni troch štandardných odchýlok (3 sigma), čo predstavuje pravdepodobnosť náhodného výkyvu iba 0,3 percenta.

CERN

Zmiešaním nových dát nazbieraných v rokoch 2024 a 2025 s archívnymi meraniami z obdobia 2011 až 2018 dosiahol tím LHCb hodnotu 3,2 sigma. Na definitívny objav a dosiahnutie takzvaného zlatého štandardu (5 sigma) budú vedci potrebovať ďalšie dáta, ktoré poskytnú plánované vylepšenia urýchľovača v priebehu 30. rokov 21. storočia. Tieto úpravy zvýšia objem získaných dát až desaťnásobne.

Namerané výsledky sú v súčasnosti v plnom súlade s predpoveďami Štandardného modelu časticovej fyziky. Teoretický rámec síce úspešne opisuje známe častice a interakcie, no nedokáže vysvetliť existenciu temnej hmoty ani asymetriu medzi hmotou a anti-hmotou po Veľkom tresku.

Presné merania odchýlok v rozpadoch pomerne vzácnych častíc však poskytujú priamu metódu, ako odhaliť prejavy novej fyziky a nových častíc bez nutnosti ich priamej produkcie v urýchľovači.

Čítajte viac z kategórie: Novinky