Експеримент NA62 и Стандартния Модел

[tekotaka]

Експеримент NA62: Мистериозен разпад на каон озадачи учените от ЦЕРН

 

Емил Василев

8:00 | 02.10.2024

 

38

0

 

Сподели

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физици регистрираха дългоочакван процес на разпад на частици, който може да свидетелства за съществуването на нови сили и частици във Вселената. Този рядък процес, в който участват каони – ефимерни частици, които се появяват за много кратки периоди от време може да покаже непознати явления.

Въпреки, че подобни изследвания остават незабелязани от повечето хора, те са от голямо значение за учените, тъй като могат да разкрият скрити аспекти на нашия свят.

Неотдавна в рамките на експеримента NA62 в ЦЕРН, най-голямата лаборатория по физика на елементарните частици в света, разположена близо до столицата на Швейцария (Женева) учените за първи път регистрираха изключително рядък разпад на каон, който може да е по-чест от прогнозираната вероятност 1 на 10 милиарда.

Това би могло да означава, че става въпрос за неизвестни частици или сили, които досега не са били открити.

Преди 30 години физикът-теоретик Анджей Бурас от Техническия университет в Мюнхен заедно със своя студент Герхард Бухала разработиха първата усъвършенствана теория за честотата на този рядък разпад в рамките на Стандартния модел. Бурас е оптимист по отношение на новите данни, като смята, че честотата на разпада може да е по-висока от предвидената. Той обаче предупреждава, че засега резултатите не са достатъчно убедителни за окончателни заключения. През следващите седмици ще се появят много нови изследвания, които ще предложат различни обяснения на резултата, казва той.

Каоните са частици, съдържащи така наречените странни кварки, които са по-тежки и екзотични версии на кварките, изграждащи атомите. Каоните са открити за първи път през 1947 година, и въпреки че рядко се срещат в природата, те могат да бъдат създадени в лаборатории или при сблъсък на космически лъчи със земната атмосфера.

При нормални условия тези частици бързо се разпадат на много други частици. Въпреки това разпадът, наблюдаван в експеримента NA62 е изключително рядък и не е типичен за нормалните условия.

За да създадат условия, при които е възможно да се наблюдава този процес, учените използват поток от протони, насочен към неподвижна мишена от берилий. В резултат на сблъсъците се образуват каони, които след това се движат по 150-метров вакуумен тунел, като постепенно се разпадат. В края на този тунел е разположен детектор, който може да измерва скоростта, енергията и други параметри на всички преминаващи през него частици. За да открият правилното събитие – разпадането на каон на пион, неутрино и антинеутрино учените трябвало да изключат всички други частици.

Такъв рядък процес изисква участието на виртуални частици – явление, позволено от законите на квантовата механика, според които частиците могат да се появят от нищото и да изчезнат мигновено. Тези виртуални частици могат да се намесват в процеса на превръщане на една частица в друга, като променят хода на разпадането. Например, виртуалните версии на W- и Z-бозоните, частиците, отговорни за слабото ядрено взаимодействие могат да се появят по време на разпада на каон. Тази интерференция позволява на каона да се разпадне на пион и две неутрино, което е това, което NA62 се опита да улови. Според Стандартния модел такова събитие трябва да се случи 8 пъти на 100 милиарда разпадания.

Ако този процес се наблюдава по-често или по-рядко от предвиденото, това може да означава, че се намесват неизвестни частици или сили. Бурас подчертава, че Стандартният модел (най-доброто съществуващо обяснение на физиката на елементарните частици) работи много добре, но остават въпроси, на които той не може да отговори. Сред тях са съществуването на тъмната материя и защо във Вселената има материя, но няма антиматерия.

В експеримента NA62 честотата на този разпад е по-висока от предвидената – около 13 случая на 100 милиарда разпадания, въпреки че точността на измерванията все още оставя 25% неопределеност.

Въпреки това това е обнадеждаващо за физиците и те предполагат, че процесът може да се отклонява от прогнозите на Стандартния модел. За окончателни заключения ще са необходими повече данни, тъй като от статистическа гледна точка тези резултати все още не могат да се считат за доказателство.

Ако бъдещите измервания потвърдят отклоненията от Стандартния модел, има няколко възможни обяснения. Едно от тях е съществуването на хипотетична „Z“ частица, която е по-тежка версия на известния „Z бозон“, но за разлика от него носи някаква друга сила. Друг възможен кандидат е лептокваркът – частица, която може да превръща кварките в лептони, които включват електрони и неутрино и обратното.

Въпреки, че тези хипотетични частици не могат пряко да обяснят съществуването на тъмната материя или други загадки на Вселената, тяхното откриване може да проправи пътя към решаването на глобални въпроси. Както отбелязва Кристина Лазерони от Бирмингамския университет, която е член на екипа на NA62, откриването на нови частици може да се оприличи на отваряне на прозорец към нов свят, който може да бъде много богат.

Ако такива частици наистина съществуват, те биха могли да се намесят и в други процеси на разпад на редки частици, които се изследват от различни експерименти по света. Например, експериментите LHCb в ЦЕРН или експериментите Belle II и J-PARC в Япония също могат да регистрират в данните си отклонения от Стандартния модел.

Експериментът NA62 ще продължи още няколко години и до неговото приключване учените очакват да съберат четири пъти повече данни, което ще позволи по-прецизни измервания и по-категорични заключения.

 

Експеримент NA62: Мистериозен разпад на каон озадачи учените от ЦЕРН - kaldata.com

 

   Много удобно ......... с появяващите се при нужда ,виртуални частици> да спасяват Стандартен Модел и цялата КМ.............. борбата е подскачане срещу огъня на амбразурата както при спасяването на редник айнщайн с Т.О-.................... това е шега.
  Ще търсим ли поредните <тъмни сили> или.......... да ги зачислим на <виртуала>?