Fizycy pracujący przy eksperymencie LHCb w CERN znaleźli dowody na rozpad cząstki tak rzadki, że zachodzi mniej więcej raz na 10 miliardów rozpadów, kończąc poszukiwania trwające ponad 40 lat.
Wynik dotyczy cząstki pięknej – krótkożyciowego hadronu zawierającego kwark denny – powstającej w zderzeniach protonów o wysokiej energii wewnątrz Wielkiego Zderzacza Hadronów. Współpraca poinformowała o obserwacji w tym tygodniu.
Dlaczego warto ścigać rzadki rozpad
Rzadkie rozpady są użyteczne właśnie dlatego, że są rzadkie. W Modelu Standardowym prawdopodobieństwo danego rozpadu można obliczyć z dużą precyzją. Gdyby eksperyment zmierzył tempo różniące się od tego przewidywania, różnica wskazywałaby na cząstki lub siły, których jeszcze nie zaobserwowano.
Znalezienie rozpadu przy oczekiwanym tempie jest więc testem, że standardowy obraz świata przetrwał w miejscu, gdzie mógł się załamać. Wyklucza to również szereg proponowanych modeli, które przewidywały inne tempo.
Jak dokonano pomiaru
Detektor LHCb jest zaprojektowany do identyfikacji cząstek powstających w zderzeniach protonów i śledzenia ich torów na krótkich dystansach. Cząstki piękne rozpadają się wewnątrz detektora w ułamku nanosekundy, więc eksperyment opiera się na precyzyjnym śledzeniu i identyfikacji cząstek, by odtworzyć, co powstało i jak się rozpadło.
Oddzielenie sygnału od tła wymagało analizy bardzo dużego zbioru danych zebranego podczas kilku lat działania. Współpraca podała, że wynik zgadza się z Modelem Standardowym i że pomiar wyznacza teraz ostrzejsze ograniczenia dla kilku klas modeli nowej fizyki.
Co dalej
Wielki Zderzacz Hadronów wchodzi w okres modernizacji mających zwiększyć tempo zderzeń i ilość rejestrowanych danych. Więcej danych pozwoli LHCb potwierdzić obserwację i zmierzyć powiązane rozpady z większą precyzją.
Fizycy od dawna oczekiwali, że nowa fizyka, jeśli istnieje przy dostępnych energiach, ujawni się najpierw w procesach silnie tłumionych w Modelu Standardowym. Jak dotąd te poszukiwania przyniosły zgodność, a nie odchylenie, co samo w sobie jest wynikiem: mówi teoretykom, gdzie nowe cząstki nie mogą się ukrywać.