LHCb suradnjom na CERN-u u Ženevi je promatrana i izmjerena ključna oscilacija u izmjerene mase neutralnih šarm mezona koji proizlaze iz čestica koje se mijenjaju u svoje antičestice i natrag. Iako je otkrivanje u potpunosti u skladu sa Standardnim modelom fizike čestica, u budućim eksperimentima moglo bi pružiti “vrlo čist” prozor u fiziku izvan Standardnog modela, kažu istraživači.
Mezoni su čestice koje sadrže vezana stanja kvarka i antikvarka. Oni su vitalni za nuklearno vezanje, jer posreduju u jakoj interakciji između protona i neutrona, ali u prirodi slobodni mezoni postoje samo kao kratkotrajni produkti raspada interakcija kozmičkih zraka. Međutim, mogu se lako proizvesti u akceleratorima čestica i desetljećima se intenzivno proučavaju.
Kao što protoni i neutroni imaju teške pandane poput sigma bariona, u kojem jednog ili više gornjih ili donjih kvarkova zamjenjuje teži rođak, tako imaju i mezone. Standardni model predviđa da neki od ovih teških mezona postoje kao superpozicije i čestice i antičestice, s kvantnom valnom funkcijom koja se razvija kako se čestice šire. Kao rezultat, vjerojatnost otkrivanja ili mezona ili anti-mezona također bi se trebala razvijati.
Iz složenih razloga kojima upravlja kvantna mehanika i slaba interakcija, postoji razlika u životnom vijeku, ili širini, i masi između dvije dopuštene superpozicije. Obje ove razlike mogu utjecati na udio otkrivenih mezona i anti-mezona.
“Razlika u širini samo omogućuje polagani razvoj vremena od mezona do anti-mezona”, objašnjava glasnogovornik LHCb-a Guy Wilkinson sa Sveučilišta u Oxfordu. “Samo razlika u masi omogućuje čestici da se pretvori u drugu česticu i natrag.” Evolucija zbog razlike u širini prvi je put potvrđena 2007. godine u podacima suradnje Belle u Japanu i BaBar suradnje u Kaliforniji. Sinusoidna oscilacija zbog razlike u masi viđena je u drugim česticama poput mezona, ali nikada prije u šarmantnim mezonima.
Razlike u širini i masi mogu biti presudne za ispitivanje kršenja simetrije pariteta naboja (CP). To je hipoteza da, ako se istovremeno izmjenjuju i naboj i paritet, zakoni fizike izgledaju identično. To je ekvivalentno ispitivanju asimetrije materije i antimaterije, pa bi proučavanje kršenja CP-a moglo objasniti zašto u svemiru ima puno više materije od antimaterije.
„Kršenje CP-a može se prilagoditi Standardnom modelu“ – kaže Wilkinson, „ali to se ne može objasniti. Razlog zašto je sustav šarma izvrsno mjesto za pogledati je taj što je razina kršenja CP-a koju očekujete u standardnom modelu mala. Ako kršenje CP dolazi iz nekog izvora izvan Standardnog modela, trebalo bi se očitovati puno jasnije… “
LHCb je uočio kršenje CP-a tijekom mjerenja raspada neutralnih šarmantnih mezona u druge mezone. No, je li to bilo u skladu sa Standardnim modelom?! Imali ste neke teoretičare koji su govorili: „Ovo je izvanredno; mnogo je više nego što očekujemo “, a mnogi drugi su govorili „Možemo se tome prilagoditi “ – kaže Wilkinson; “Ako u tim pojavama povezanim s miješanjem tražite kršenje CP-a, ljudi su puno sigurniji u svoje izračune.”
Bilo je međutim nejasno hoće li oscilacija koja proizlazi iz razlike u masi između neutralnih šarmantnih mezona biti otkrivena. “Moglo je biti daleko iznad naše osjetljivosti, ali ispostavilo se da, iako je to mali parametar, nije zanemarivo mali”, navodi Wilkinson.
Nema čvrstih dokaza
Dosadašnja zapažanja istraživača ne pokazuju čvrste dokaze o kršenju CP-a. Međutim, oni sada instaliraju nadograđenu verziju svog eksperimenta spremnu za pokretanje LHC-a s velikom osvijetljenošću sljedeće godine. “Ako uočimo bilo kakvo kršenje CP-a u sljedećih 10 godina, teoretičaru bi bilo vrlo teško objasniti na bilo koji drugi način, nego reći da je ovo fizika izvan Standardnog modela” – zaključuje Wilkinson.
CERN-ovi fizičari uočavaju kršenje simetrije u šarmantnim mezonima
“To je vrlo važno”, kaže Tom Browder sa Havajskog sveučilišta, koji je bio dio mjerenja životnog vijeka parametra Belle iz 2007. godine, a sada radi na njegovom nasljedniku Belle II. “Ja, kao i mnogi drugi desetljećima radimo na promatranju neutralnog miješanja šarma i LHCb-a koje je napokon uspio izmjeriti ovaj parametar mase.” Nada se da će rezultate potvrditi i drugi eksperimenti poput njegova, te dodaje kako bi, ako bi istraživači vidjeli rezultate kršenja CP-a u rezultatima na trenutnim razinama osjetljivosti, to itekako mogao biti okidač za novu fiziku.
“Svakako, postoji postupak prije nego što u ovom procesu uočimo kršenje CP-a, osim ako kršenje CP-a nije puno veće nego što predviđa standardni model” – kaže Jonathan Rosner s Instituta Enrico Fermi u Chicagu; “To samo pokazuje svestranost LHCb detektora – to je bila velika priča o uspjehu.”
Istraživanje je opisano u pretisku na arXiv
Autor//Izvor//Piše: Tim Wogan//PhysicsWorld//Iva Slavica Ilić
