CERNin LHCb-kokeessa työskentelevät fyysikot ovat löytäneet todisteita niin harvinaisesta hiukkasen hajoamisesta, että se tapahtuu noin kerran kymmenessä miljardissa hajoamisessa, mikä päättää yli 40 vuotta kestäneen etsinnän.
Tulos koskee kauneushiukkasta – lyhytikäistä hadronia, joka sisältää pohjakvarkin – joka syntyy suuren hadronitörmäyttimen sisällä korkeaenergisissa protonitörmäyksissä. Yhteistyö raportoi havainnosta tällä viikolla.
Miksi harvinaisen hajoamisen metsästys on vaivan arvoista
Harvinaiset hajoamiset ovat hyödyllisiä juuri siksi, että ne ovat harvinaisia. Standardimallissa tietyn hajoamisen todennäköisyys voidaan laskea erittäin tarkasti. Jos koe mittaa ennusteesta poikkeavan nopeuden, ero viittaisi hiukkasiin tai voimiin, joita ei ole vielä havaittu.
Hajoamisen löytäminen odotetulla nopeudella on siis testi sille, että vakiokuva säilyy paikassa, jossa se olisi voinut murtua. Se myös sulkee pois joukon ehdotettuja malleja, jotka ennustivat erilaisen nopeuden.
Miten mittaus tehtiin
LHCb-ilmaisin on suunniteltu tunnistamaan protonien törmäyksissä syntyviä hiukkasia ja seuraamaan niiden reittejä lyhyillä matkoilla. Kauneushiukkaset hajoavat ilmaisimen sisällä nanosekunnin murto-osassa, joten koe nojaa tarkkaan radanseurantaan ja hiukkastunnistukseen selvittääkseen, mitä syntyi ja miten se hajosi.
Signaalin erottaminen taustasta vaati erittäin suuren, useiden vuosien ajon aikana kerätyn tietoaineiston analysointia. Yhteistyön mukaan tulos on sopusoinnussa Standardimallin kanssa ja mittaus asettaa nyt tiukemmat rajat useille uuden fysiikan malliluokille.
Mitä seuraavaksi
Suuri hadronitörmäytin siirtyy päivityskauteen, jolla pyritään lisäämään törmäysten määrää ja tallennetun datan määrää. Lisää dataa antaa LHCb:lle mahdollisuuden vahvistaa havainto ja mitata siihen liittyviä hajoamisia entistä tarkemmin.
Fyysikot ovat kauan odottaneet, että uusi fysiikka, jos sitä on saavutettavilla energioilla, näkyisi ensin prosesseissa, jotka ovat Standardimallissa voimakkaasti vaimennettuja. Toistaiseksi nämä etsinnät ovat löytäneet yhteensopivuutta poikkeaman sijaan, mikä on itsessään tulos: se kertoo teoreetikoille, missä uudet hiukkaset eivät voi piileskellä.