Dovezi pentru o dezintegrare ultra-rară a particulelor, după peste patru decenii de căutări
Fizicienii au identificat primele dovezi ale unei dezintegrări de particule atât de rare încât se estimează că apare doar o dată la aproximativ 10 miliarde de particule „beauty”. Rezultatul provine de la experimentul LHCb modernizat de la Marele Accelerator de Hadroni (LHC) al CERN și marchează finalul unei căutări care a durat peste 40 de ani. Descoperirea apropie cercetătorii de explorarea „Zeptoversului”, o lume necunoscută la scări de o miliardime de trilionime de metru, unde ar putea exista particule și forțe încă nedescoperite.
Cercetătorii de la Universitatea din Manchester au avut roluri importante în experiment și în modernizarea sa, care colectează acum date de până la cinci ori mai rapid decât înainte. Ei au contribuit la dezvoltarea tehnologiei detectorilor care a făcut posibilă noua măsurătoare. Rezultatul permite testarea Modelului Standard, teoria actuală despre particulele fundamentale și interacțiunile lor, cu o precizie mai mare și căutarea unor semne ale unor particule sau forțe dincolo de acesta.
De ce contează dezintegrările rare
LHCb studiază particulele care conțin quarci beauty, rude mai grele ale quarcilor up și down din materia obișnuită. Acești quarci sunt produși în număr mare în ciocnirile de la LHC, dar există doar aproximativ o trilionime și jumătate de secundă înainte de a se dezintegra. Măsurătorile precise ale modurilor de dezintegrare pot dezvălui influența unor particule noi, prea mici pentru a fi observate direct. Cu cât o dezintegrare este mai rară, cu atât este mai sensibilă la astfel de influențe, care ar putea modifica frecvența cu care se produce.
Noul rezultat vizează dezintegrarea „Bd to mu mu”, în care o particulă ce conține un quarc beauty se transformă în doi muoni, rude mai grele ale electronilor. Specialiștii estimează că procesul apare doar o dată la circa 10 miliarde de particule beauty. Până acum, niciun experiment nu găsise dovezi solide. Măsurătoarea a atins o semnificație statistică de 3,2 sigma, suficientă pentru a fi descrisă drept prima dovadă a dezintegrării, dar sunt necesare date suplimentare pentru pragul de cinci sigma cerut pentru a anunța o descoperire.
Tehnologie construită în Regatul Unit
Modernizarea LHCb a fost un proiect de 15 ani, la care au participat 1.900 de membri din colaborarea internațională. Regatul Unit a avut cea mai mare contribuție națională, inclusiv prin dezvoltarea unui detector de pixeli de siliciu numit Vertex Locator, amplasat la doar cinci milimetri de fasciculele LHC. Acesta urmărește cu precizie extremă traiectoriile particulelor și permite localizarea locului unde au fost produse și unde s-au dezintegrat.
Profesorul Chris Parkes, care a condus colaborarea LHCb în timpul construcției modernizării și al aprobării rezultatului, a descris proiectul drept o realizare majoră și un punct de plecare pentru un experiment viitor, care va valorifica capacitățile LHC de înaltă luminozitate și va explora fizica la o scară și mai mică. El a comparat probabilitatea extrem de mică a dezintegrării cu șansa de a găsi, din prima încercare, partenerul perfect între toți oamenii de pe Pământ.
Semnale dincolo de Modelul Standard
Deși măsurătoarea este în acord cu predicțiile Modelului Standard, fizicienii speră că măsurători tot mai precise ale acestor dezintegrări rare vor ajuta la căutarea unor semne de fizică nouă și vor arăta unde ar putea începe să se destrame teoria actuală. Profesorul Conor Fitzpatrick a subliniat că dezintegrarea a fost căutată timp de peste patru decenii la nivel mondial și reprezintă o cale privilegiată de a observa efectele unor fenomene dincolo de cunoștințele actuale.
Experimentul modernizat ar urma să colecteze un volum mult mai mare de date până la începutul anilor 2030, permițând studierea dezintegrării cu precizie sporită. O nouă modernizare planificată ar putea crește ritmul de colectare de date de încă zece ori, oferind o sensibilitate mai mare la particulele nedescoperite, la distanțe și mai scurte.
Profesorul Brian Cox, fizician de particule la Universitatea din Manchester, care nu a fost implicat în experiment, a declarat că rezultatul este un exemplu frumos al modului în care avansează știința: instrumentele sunt perfecționate, natura este văzută în mai mult detaliu, iar uneori apar observații pe care nu le înțelegem încă. El a adăugat că nu se poate ști dinainte dacă un astfel de progres va fi incremental sau va schimba fundamental cunoașterea.
