عثر فيزيائيون يعملون في تجربة LHCb في سيرن على أدلة على تحلل جسيمي نادر لدرجة أنه يحدث نحو مرة واحدة من كل 10 مليارات تحلل، مما ينهي بحثاً استمر أكثر من 40 عاماً.
وتتعلق النتيجة بجسيم جمالي — هادرون قصير العمر يحتوي على كوارك سفلي — يُنتج في تصادمات البروتونات عالية الطاقة داخل مصادم الهدرونات الكبير. وأعلنت التعاونية عن الرصد هذا الأسبوع.
لماذا يستحق التحلل النادر المطاردة
التحللات النادرة مفيدة تحديداً لأنها نادرة. ففي النموذج القياسي، يمكن حساب احتمال تحلل معين بدقة عالية. وإذا قاست تجربة معدلاً يختلف عن ذلك التنبؤ، فإن الفجوة ستشير إلى جسيمات أو قوى لم تُرصد بعد.
وبالتالي فإن العثور على التحلل بالمعدل المتوقع هو اختبار على أن الصورة القياسية تصمد في موضع كان يمكن أن تنهار فيه. كما أنه يستبعد مجموعة من النماذج المقترحة التي تنبأت بمعدل مختلف.
كيف أُجري القياس
صُمم كاشف LHCb لتحديد الجسيمات الناتجة عن تصادمات البروتونات وتتبع مساراتها عبر مسافات قصيرة. وتتحلل الجسيمات الجمالية داخل الكاشف في جزء من نانوثانية، لذا تعتمد التجربة على تتبع دقيق وتحديد للجسيمات لإعادة بناء ما أُنتج وكيف تفكك.
وتطلب فصل الإشارة عن الخلفية تحليل مجموعة بيانات ضخمة جداً جُمعت على مدى عدة سنوات من التشغيل. وقالت التعاونية إن النتيجة تتفق مع النموذج القياسي، وإن القياس يضع الآن حدوداً أضيق على عدة فئات من نماذج الفيزياء الجديدة.
ما الذي سيأتي لاحقاً
يدخل مصادم الهدرونات الكبير فترة من الترقيات تهدف إلى زيادة معدل التصادمات وحجم البيانات المسجلة. وستتيح بيانات أكثر لـLHCb تأكيد الرصد وقياس تحللات مرتبطة بدقة أكبر.
لطالما توقع الفيزيائيون أن الفيزياء الجديدة، إن وُجدت عند طاقات يمكن الوصول إليها، ستظهر أولاً في عمليات مكبوتة بشدة في النموذج القياسي. وحتى الآن وجدت تلك البحوث توافقاً لا انحرافاً، وهو بحد ذاته نتيجة: فهو يخبر المنظرين أين لا يمكن للجسيمات الجديدة أن تختبئ.