Sygnał, na który czekano 40 lat
Fizycy z eksperymentu LHCb w CERN poinformowali o pierwszym dowodzie rozpadu, który według teorii zachodzi około raz na 10 miliardów cząstek pięknych. Wynik, uzyskany dzięki zmodernizowanemu detektorowi w Wielkim Zderzaczu Hadronów, wieńczy poszukiwania rozpoczęte ponad cztery dekady temu.
Proces znany jest jako Bd do mu mu: neutralna cząstka zawierająca kwark piękny rozpada się na dwa miony, cięższe krewniaki elektronu. Pomiar osiągnął istotność statystyczną 3,2 sigma – wystarczającą, by nazwać go dowodem, ale mniejszą niż pięć sigma wymaganych w fizyce cząstek do ogłoszenia odkrycia.
Dlaczego rzadkie rozpady mają znaczenie
Kwarki piękne powstają w dużych ilościach w zderzeniach i żyją około 1,5 bilionowej części sekundy. Im rzadszy rozpad, tym wrażliwszy może być na cząstki zbyt ciężkie, by powstać bezpośrednio w zderzaczu, ponieważ mogą one zmieniać częstość zachodzenia rozpadu.
Zmierzona częstość zgadza się z Modelem Standardowym, obecnym opisem cząstek fundamentalnych. Ta zgodność jest sama w sobie użyteczna: zawęża pole dla nieznanej fizyki w tym kanale i daje teoretykom ostrzejszy punkt odniesienia dla przyszłych danych.
Badanie zeptowersum
Zmodernizowany LHCb, 15-letni projekt z udziałem około 1900 badaczy, może zbierać dane do pięciu razy szybciej niż wcześniej. Zbudowany w Wielkiej Brytanii krzemowy detektor pikselowy zwany Vertex Locator znajduje się pięć milimetrów od wiązki i precyzyjnie wskazuje, gdzie powstają i gdzie rozpadają się cząstki.
Chris Parkes z Uniwersytetu w Manchesterze, który kierował współpracą podczas modernizacji, porównał szanse do znalezienia idealnej bratniej duszy na pierwszej randce wśród wszystkich ludzi na Ziemi. Conor Fitzpatrick, zastępca koordynatora ds. fizyki, nazwał ten rozpad złotym kanałem do wykrywania nowej fizyki.
Współpraca oczekuje znacznie większego zbioru danych do wczesnych lat trzydziestych, a kolejna modernizacja mogłaby dziesięciokrotnie zwiększyć tempo zbierania. To popchnęłoby pomiary w stronę zeptometra, miliardowej części bilionowej metra, gdzie fizycy mają nadzieję znaleźć cząstki i siły, których Model Standardowy nie opisuje.