В LHC е наблюдаван рядък субатомен процес

Два експеримента, CMS и LHCb в Големия адронен колайдер (LHC) в ЦЕРН са комбинирали своите резултати и се оказало, че са наблюдавали рядък разпад, но с честота, предвидена от Стандартния модел. Изводите изключват или ограничават теориите за нови частици или сили.

Както е публикувано в списание Nature наскоро, съвместният анализ на колаборациите CMS и LHCb е установил нов и изключително рядък разпад на частицата B_s мезон в два мюона или . Според Стандартният модел, че такъв разпад ще се случи четири пъти на милиард, а точно това се е наблюдавало в двата експеримента.

Разпад на Bs мезона - тежка съставна частица, състояща се от дънен антикварк и странен кварк - в два мюона. Схема: CERN/Daria Zieminska

Нарушението на симетрията и Стандартния модел

Големият взрив, създал Вселената, трябва да завършил с равни количества материя и антиматерия, които взаимно да се унищожат при контакт (да се анихилират). Но въпреки това, материята преобладава и учените все още не са открили механизма, който прави това възможно.

Детекторите LHCb и CMS изследват свойствата на частиците, търсейки пукнатини в Стандартния модел, нашето най-добро описание досега за поведението на цялата пряко наблюдавана материя във Вселената. За Стандартният модел се знае, че е непълен, тъй като не е отговорил на въпроси като наличието на тъмна материя или превеса на материята над антиматерия в нашата Вселена (CP - нарушението). Тази асиметрия е мистерия, за чието разгадаване учени работят.

Всякакви отклонения от Стандартния модел може да бъдат доказателство, че се наблюдават ефекти на нова физика, като например нови частици или сили, които биха могли да предоставят отговори на тези мистерии.

Една от тези нови частици е B_s мезонът, който се състои от по дънен антикварк и странен кварк - кварките са елементарни частици от семейството на фермионите, в което са частици като протони, неутрони и т.н. Подробно говорихме за тях в Елементарните частици.

Защо Bs мезонът е толкова специален?

B_S мезонът е свързано състояние на дънен антикварк и странен кварк в нещо като "молекула" от кварки. Всички видове мезони представляват двойки от различни кварки и анти-кварки, но B_S мезонът е по-лек техен братовчед и има сравнително дълъг живот, според Шелдън Стоун (Sheldon Stone), професор от Университета в Сиракюз и член на колаборацията LHCb.

B_S мезонът представлява научен интерес, най-вече, защото е една от малкото частици, които се превръщат, превключват в собствената си античастица и обратно повече от 3 трилиона пъти всяка секунда преди да се разпаднат в други частици. От това в какво състояние е частицата (материя или антиматерия) в момента на разпада се определя малката асиметрия, която е дала предимство на материята.

Широко разпространено е мнението, че ненаблюдавана досега частица определя това колебание, което ще обясни, поне частично, CP - нарушението.

"Ние, също така, знаем, че B_s мезоните осцилират между своята материална и антиматериална двойка, процес, открит за първи път в Fermilab през 2006 г.", - казва Стоун. - "Изследването на свойствата на B_s мезоните ще ни помогне да разберем дисбаланса на материя и антиматерия във Вселената."

Осцилация на Bs мезони

Редкият разпад на Bs мезон в двойка мюони

Процесите във Файнманови диаграми.

"Големия адронен колайдер скоро ще започне да работи с по-висока енергия и интензивност", казва Джоел Бътлър (Joel Butler), специалист от Fermilab, а в момента в екипа на експеримента CMS. - "Точността, с която се измерва този разпад ще се подобри, а тва ще ограничи възможността за жизнеспособни разширения на Стандартния модел. И разбира се, ние винаги ще се надяваме да видим новата физика директно под формата на нови частици или сили" - заключава физикът.

Още по темата

11/03/2015

Физика

Пет мистерии, които Големият адронен колайдер трябва да разгадае

10/03/2015

Физика

Стандартният модел на елементарните частици

05/03/2015

Физика

Виртуална визита в ЦЕРН на 5 март

01/03/2015

Физика

Диаграмите на Файнман