Các nhà vật lý làm việc trong thí nghiệm LHCb tại CERN đã tìm thấy bằng chứng về một phân rã hạt hiếm đến mức chỉ xảy ra khoảng một lần trong 10 tỷ lần phân rã, khép lại cuộc tìm kiếm kéo dài hơn 40 năm.
Kết quả liên quan đến một hạt beauty — một hadron tồn tại ngắn chứa quark đáy — được tạo ra trong các va chạm proton năng lượng cao bên trong Máy gia tốc Hadron Lớn. Nhóm hợp tác đã báo cáo quan sát này trong tuần.
Vì sao một phân rã hiếm đáng để theo đuổi
Các phân rã hiếm hữu ích chính vì chúng hiếm. Trong Mô hình Chuẩn, xác suất của một phân rã nhất định có thể được tính toán với độ chính xác cao. Nếu một thí nghiệm đo được tốc độ khác với dự đoán đó, khoảng cách sẽ chỉ ra những hạt hoặc lực chưa từng được quan sát.
Việc tìm thấy phân rã ở tốc độ dự kiến do đó là một phép thử rằng bức tranh chuẩn vẫn đứng vững ở nơi nó có thể đã sụp đổ. Nó cũng loại trừ một loạt mô hình được đề xuất dự đoán tốc độ khác.
Cách thực hiện phép đo
Máy dò LHCb được thiết kế để nhận diện các hạt sinh ra trong va chạm proton và theo dõi đường đi của chúng trên những quãng đường ngắn. Các hạt beauty phân rã bên trong máy dò trong vòng một phần nhỏ của nano giây, nên thí nghiệm dựa vào việc theo dõi chính xác và nhận diện hạt để tái dựng những gì được tạo ra và cách chúng tan rã.
Việc tách tín hiệu khỏi nền đòi hỏi phân tích một bộ dữ liệu rất lớn thu thập qua nhiều năm vận hành. Nhóm hợp tác cho biết kết quả phù hợp với Mô hình Chuẩn, và phép đo nay đặt ra các giới hạn chặt chẽ hơn đối với một số lớp mô hình vật lý mới.
Điều gì tiếp theo
Máy gia tốc Hadron Lớn đang bước vào giai đoạn nâng cấp nhằm tăng tốc độ va chạm và khối lượng dữ liệu ghi nhận. Nhiều dữ liệu hơn sẽ cho phép LHCb xác nhận quan sát và đo các phân rã liên quan với độ chính xác cao hơn.
Các nhà vật lý từ lâu đã kỳ vọng rằng vật lý mới, nếu tồn tại ở các mức năng lượng có thể tiếp cận, sẽ xuất hiện trước tiên trong những quá trình bị triệt tiêu mạnh trong Mô hình Chuẩn. Cho đến nay các cuộc tìm kiếm đó đều tìm thấy sự phù hợp thay vì sai lệch, và bản thân điều đó cũng là một kết quả: nó cho các nhà lý thuyết biết những hạt mới không thể ẩn náu ở đâu.