Ενδείξεις για «νέα Φυσική» στον LHC

Posted on 15/11/2011

0



Μια ακριβέστερη απόδειξη της ασυμμετρίας μεταξύ της ύλης και αντιύλης επετεύχθη στο πείραμα LHCb που διεξάγεταιι στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN.
Tα σωματίδια που ονομάζονται D-μεσόνια (αποτελούνται από ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ) και τα αντίστοιχά τους σωματίδια της αντιύλης (αντι-D μεσόνια) φαίνεται ότι διασπώνται με διαφορετικό τρόπο, σύμφωνα με ανακοίνωση που έκανε τη Δευτέρα ο φυσικός του LHCb Matthew Charles.
Το γεγονός αυτό παρατηρήθηκε με μια βεβαιότητα «3.5 σίγμα» – που σημαίνει ότι το πειραματικό αποτέλεσμα είναι τόσο τυχαίο όσο τυχαίο είναι να ρίχνει κανείς ένα νόμισμα και να φέρνει πάνω από 8 συνεχόμενες φορές κορώνες. Οι ερευνητές συνεχίζουν την ανάλυση των δεδομένων και ο χρόνος θα δείξει αν το τελικό αποτέλεσμα θα φτάσει τα «5 σίγμα» που θα σημάνει πλήρη αποδοχή των πειραματικών δεδομένων (5 σίγμα σημαίνει ότι το αποτέλεσμα είναι τόσο τυχαίο όσο το να φέρει κανείς πάνω από 20 φορές συνεχόμενες κορώνες!)

Ο LHC-beauty, ή LHCb, είναι ένας τεράστιος ανιχνευτής που σχεδιάστηκε για να ερευνήσει την παραβίαση CP.

Ο ανιχνευτής LHCb (το b από το beauty)σχεδιάστηκε για την έρευνα των σωματιδίων που ονομάζονται μεσόνια τα οποία διασπώνται σε σωματίδια που ονομάζονται καόνια και πιόνια. To LHCb είναι ένα από τα έξι ξεχωριστά πειράματα στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, κατάλληλο για την διερεύνηση «παραβίασης της συμμετρίας CP» – που αναφέρεται στις μικρές διαφορές μεταξύ ενός σωματιδίου και του αντίστοιχου σωματιδίου αντιύλης.
(Η CP συμμετρία σημαίνει ότι η συμπεριφορά των σωματιδίων παραμένει η ίδια όταν αυτά αλλαχτούν με τα αντίστοιχα αντισωματίδια  και τα κατοπτρικά είδωλά τους. Γνωρίζουμε ότι η CP είναι μια καλή συμμετρία στη φύση, αλλά όχι τέλεια — οι Cronin και Fitch τιμήθηκαν με το βραβείο Nobel το 1980 για την πειραματική ανακάλυψη της παραβίασης CP).

Η αναζήτηση της παραβίαση CP αποτελούσε πάντα στόχο των πειραματικών των στοιχειωδών σωματιδίων, διότι αποτελεί ένα μεγάλο παράθυρο για νέα φυσική.
Το LHCb εξέτασε την διάσπαση των D μεσονίων με δύο διαφορετικούς τρόπους, σε καόνια και πιόνια . Αν προτιμάτε την περιγραφή με κουάρκ, εδώ είναι τα πρόσωπα του δράματος:

D0 μεσόνιο: γοητευτικό κουάρκ + αντι-άνω κουάρκ
αντι-D0 μεσόνιο: αντι- γοητευτικό κουάρκ + άνω κουάρκ
Κ-: παράξενο κουάρκ + αντι-άνω κουάρκ
K +: αντι-παράξενο κουάρκ + άνω κουάρκ
π-: κάτω κουάρκ + αντι-άνω κουάρκ
π +: αντι-κάτω κουάρκ + άνω κουάρκ

Ας παρακολουθήσουμε το μεσόνιο D0. Aυτό που συμβαίνει είναι ότι το γοητευτικό κουάρκ (πολύ βαρύτερο από το αντι- άνω κουάρκ) διασπάται σε τρια ελαφρύτερα κουάρκ είτε άνω+ παράξενο+αντι-παράξενο ή άνω+κάτω+αντι-κάτω. Αν συμβεί το πρώτο παίρνουμε ένα Κ- και ένα Κ+, αν συμβεί το δεύτερο παίρνουμε ένα π- και ένα π+.
Ιδού ένα παράδειγμα στο παρακάτω σχήμα

Το αντι-D0 μεσόνιο μπορεί επίσης να διασπαστεί και το αντι-γοητευτικό κουάρκ να δώσει είτε αντι –άνω κουάρκ+ παράξενο κουάρκ + αντι παράξενο κουάρκ ή αντι άνω κουάρκ +αντι κάτω κουάρκ (ακριβώς τα αντισωματίδια των προϊόντων της διάσπασης του D0).
Όμως αν συνδυάσουμε τα κουάρκ, βλέπουμε ότι τα προϊόντα της διάσπασης είναι ακριβώς τα ίδια όπως στην περίπτωση του αρχικού D0:
είτε Κ- και Κ+ είτε π- και π+.
Στο σημείο αυτό υπεισέρχεται η έρευνα για την παραβίαση CP. Aν πάρουμε ένα D0 μεσόνιο και του κάνουμε έναν «μετασχηματισμό CP» θα πάρουμε ένα αντι-D0 και αντιστρόφως.
Έτσι μπορούμε να ελέγξουμε την παραβίαση CP συγκρίνοντας τις διασπάσεις των D0 και αντι-D0.

Mε τον ίδιο τρόπο οι Cronin και Fitch ανακάλυψαν την παραβίαση CP, με τη διαφορά ότι παρακολουθούσαν απευθείας την διάσπαση ουδέτερων καονίων και αντι-καονίων.
Όμως ο LHC δεν παράγει τα μεσόνια D0 και τα αντισωματίδιά τους σε ίσες ποσότητες, αλλά τα D0 είναι πολύ περισσότερα από τα αντι-D0. Έτσι οι πειραματιστές του LHCb αντί να μετρήσουν τις διασπάσεις των D0 και των αντι-D0 ξεχωριστά σε καόνια ή πιόνια, μέτρησαν και τις δυο και στη συνέχεια έψαξαν για την διαφορά.
Αν υπάρχει μια μη μηδενική διαφορά μεταξύ των διασπάσεων σε καόνια και τις διασπάσεις σε πιόνια, τότε τουλάχιστον μια από αυτές τις διασπάσεις παραβιάζει την CP.
Kαι η απάντηση είναι ότι υπάρχει μια σημαντική διαφορά. Είναι -0.82%±0,24% ενώ η πρόβλεψη του καθιερωμένου προτύπου είναι ότι πρέπει να είναι μικρότερη του 0,01%.
Σύμφωνα με τον Jester αυτό είναι ένα εκπληκτικό αποτέλεσμα που θα μπορούσε να εξηγηθεί θεωρώντας ότι στις παραπάνω διασπάσεις υπεισέρχονται νέα σωματίδια που διασπώνται διαφορετικά και σ’ αυτό το σημείο υπεισέρχεται η νέα φυσική.
Ίσως τα παραπάνω να βοηθήσουν – όπως αναφέρουν και τα περισσότερα άρθρα εκλαίκευσης σχετικά με το πείραμα LHCb – στην ερμηνεία της συμμετρίας μεταξύ ύλης και αντιύλης στο σύμπαν … αλλά ίσως και όχι. Γεγονός είναι ότι η ανακάλυψη νέων σωματιδίων είναι από μόνη της σημαντική και δεν χρειάζεται τα δεκανίκια της κοσμολογίας.
www.bbc.co.uk - blogs.discovermagazine.com

Ετικέτα: , ,