Nowe oblicze materii

Nieznana dotąd przemiana cząstek pozwala naukowcom odrzucić jedną z podstawowych teorii fizyki.

Publikacja: 26.07.2013 01:09

Tak wygląda wnętrze podziemnego tunelu w europejskim akceleratorze pod Genewą

Tak wygląda wnętrze podziemnego tunelu w europejskim akceleratorze pod Genewą

Foto: AFP

W dwóch detektorach cząstek elementarnych przy genewskim Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) takie zdarzenie naukowcy obserwowali trzy razy na każdy miliard zderzeń protonów.

– To najrzadszy rozpad cząstki zaobserwowany do dzisiaj – powiedziała BBC News prof. Valerie Gibson, lider grupy Fizyki Wielkich Energii Uniwersytetu w Cambridge, uczestniczka zespołu badaczy eksperymentu LHCb.

Dziwna cząstka

Odkrycie zostało ogłoszone podczas konferencji Fizyki Wysokich Energii w Sztokholmie. Podważa jedną z teorii tzw. nowej fizyki, znaną jako supersymetria. Naukowcy spodziewali się, że teoria ta pozwoli wyjaśnić funkcjonowanie wszechświata. Proponuje ona, że każda cząstka ma cięższą wersję samej siebie. To mogłoby wyjaśnić obecność tajemniczej ciemnej materii, która wypełnia ponad jedną czwartą wszechświata. Supersymetria to jedno z proponowanych przez teoretyków rozszerzeń Modelu Standardowego – ram dla fizyki cząstek opracowanych w latach 60. i 70. Model Standardowy, choć potwierdzony doświadczalnie, postrzegany jest jako niekompletny opis przyrody i nie w pełni satysfakcjonuje fizyków. Nie jest bowiem w stanie wyjaśnić grawitacji ani ciemnej materii i ciemnej energii, które razem stanowią 95 proc. wszechświata.

W trakcie wielu eksperymentów w LHC naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali dziwny mezon B, który rozpadał się na dwa miony. Potwierdzona obserwacja rzadkiego rozpadu cząstek pomaga fizykom potwierdzić Model Standardowy.

Naukowcy przedstawiający nowe odkrycie w Sztokholmie oświadczyli, że poziom ufności odkrycia wynosi 5-sigma. Aby odkrycie naukowe zostało uznane, nie może być dziełem przypadku. Dlatego badacze określają poziom ufności pomiaru. Minimum dla odkrycia w fizyce cząstek to 5-sigma. Oznacza to, że zaledwie jeden na 3,5 mln wyników może być przypadkowy.

Niezwykle rzadki rozpad dziwnego mezonu B zaobserwowany został przez zespoły analizujące dane z detektora LHCb (Large Hadron Colider beauty) oraz CMS (Compact Muon Solenoid).

Powrót do pracy

„W porównaniu ze znalezieniem rozpadu cząstki polowanie na igły w stogu siana to łatwa rzecz” – napisali członkowie zespołu LHCb w oświadczeniu.

– Powodem jest fakt, że ostateczny rozpad na cząstki – kwarki, o których sporo wiemy, łatwy nie jest. Musi przejść przez proces pętli kwantowej – tłumaczy prof. Gibson. – To nie jest prosta droga. Proces musi zakręcić się w kółko, zanim dotrze do ostatecznego rozwiązania. Ta „karuzela” jest wpisana w proces. Gdyby powstały ciężkie supersymetryczne cząstki (które mogłyby się pojawić), włączyłyby się w tę pętlę i wpłynęły na szybkość rozpadu.

Ale żadne ciężkie cząstki nie zahamowały tego procesu.

– Teoretycy supersymetrii nie złożyli broni. Ale jest im coraz trudniej wyjaśnić te ustalenia – tłumaczy prof. Gibson. – Pomiary tego rzadkiego rozpadu obnażają miejsca, które może ukrywać nowa fizyka. Teraz czekamy na powrót LHC do pracy, (po remoncie) zderzeń z większą energią i unowocześnienia eksperymentu LHCb tak, żebyśmy mogli zbadać, dlaczego nowa fizyka jest tak niepraktyczna.

Luźny model

Podobnego zdania jest dr Tara Shears z Uniwersytetu w Liverpoolu, także członek zespołu eksperymentu LHCb, choć z tym konkretnym odkryciem nie miała nic wspólnego.

– Supersymetria jest coraz mniej prawdopodobnym sposobem dobrego opisu wszechświata – powiedziała badaczka. – Jest to dość luźno określony model teoretyczny, który pozostawia wiele wątpliwości. Nie da się ich wykluczyć całkowicie.

LHC to największa na świecie maszyna. Wiązki protonów rozpędzone do prędkości bliskiej prędkości światła zderzają się za sobą. LHC mieści się w podziemnym tunelu w kształcie okręgu, długości 27 km biegnącym pod granicą francusko-szwajcarską. W kluczowych punktach podziemnego pierścienia zlokalizowane są cztery wielkie detektory, które rejestrują efekty tych zderzeń. Wśród nich naukowcy poszukują nowych cząstek i zjawisk fizycznych.

W dwóch detektorach cząstek elementarnych przy genewskim Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) takie zdarzenie naukowcy obserwowali trzy razy na każdy miliard zderzeń protonów.

– To najrzadszy rozpad cząstki zaobserwowany do dzisiaj – powiedziała BBC News prof. Valerie Gibson, lider grupy Fizyki Wielkich Energii Uniwersytetu w Cambridge, uczestniczka zespołu badaczy eksperymentu LHCb.

Pozostało 91% artykułu
Nauka
Pełnia Księżyca w grudniu. Zimny Księżyc będzie wyjątkowy, bo trwa wielkie przesilenie księżycowe
https://track.adform.net/adfserve/?bn=77855207;1x1inv=1;srctype=3;gdpr=${gdpr};gdpr_consent=${gdpr_consent_50};ord=[timestamp]
Nauka
W organizmach delfinów znaleziono uzależniający fentanyl
Nauka
Orki kontra „największa ryba świata”. Naukowcy ujawniają zabójczą taktykę polowania
Nauka
Radar NASA wychwycił „opuszczone miasto” na Grenlandii. Jego istnienie zagraża środowisku
Materiał Promocyjny
Bank Pekao wchodzi w świat gamingu ze swoją planszą w Fortnite
Nauka
Jak picie kawy wpływa na jelita? Nowe wyniki badań