Οι επιστήμονες στο CERN, το οποίο φιλοξενεί τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, παρατήρησαν πρόσφατα ένα εξαιρετικά σπάνιο φαινόμενο σε υποατομικό επίπεδο που θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέα κατανόηση του τυπικού μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής. Στο πλαίσιο ενός πειράματος που ονομάζεται NA62, οι ερευνητές ανίχνευσαν και μέτρησαν μια υπερσπάνια μορφή αποσύνθεσης ενός υποατομικού σωματιδίου που ονομάζεται καόν.
Αυτή είναι μία από τις σπανιότερες αλληλεπιδράσεις στη σωματιδιακή φυσική που έχουν παρατηρηθεί ποτέ: σύμφωνα με τους επιστήμονες, λιγότερα από ένα στα δέκα δισεκατομμύρια καόν αποσυντίθενται με αυτόν τον τρόπο. Το τυπικό μοντέλο προβλέπει αυτή την αποσύνθεση του καόν, που ονομάζεται “χρυσό κανάλι”, με υψηλό βαθμό ακρίβειας. Ως εκ τούτου, η παρατήρηση του φαινομένου σε δράση παρέχει μια μοναδική ευκαιρία για τη δοκιμή της τρέχουσας κατανόησής μας για τον υποατομικό κόσμο. “Αν μετρήσουμε μια απόκλιση από το [τυπικό μοντέλο], είναι ένα σαφές σημάδι νέας φυσικής,” δήλωσε η Κριστίνα Λαζερόνι, σωματιδιακή φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ, η οποία εργάστηκε στο πείραμα.
Τα καόν, γνωστά επίσης ως K μεσόνια, αποτελούνται από δύο κουάρκ. Τα φορτισμένα καόν — το αντικείμενο του πειράματος — περιέχουν ένα κουάρκ ανιού και ένα αντι-ξένο κουάρκ. Χωρίς να μπαίνουμε σε πολλές λεπτομέρειες, αυτό που χρειάζεται να γνωρίζετε είναι ότι στην υπερσπάνια αποσύνθεση που αναζητούσαν οι επιστήμονες, τα φορτισμένα καόν διασπώνται και παράγουν τρία άλλα σωματίδια: ένα φορτισμένο σωματίδιο που ονομάζεται πιόνιο, καθώς και ένα νετρίνο και ένα αντι-νετρίνο.Για να παρατηρήσουν αυτό το σενάριο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν επιταχυντή σωματιδίων, τον Σούπερ Πρωτονικό Συγχρονιστή του CERN, για να εκτοξεύσουν μια δέσμη πρωτονίων υψηλής έντασης σε έναν στατικό στόχο. Αυτό απελευθέρωσε δευτερεύοντα σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων των καόν, τα οποία μετρήθηκαν ακριβώς από έναν ανιχνευτή.
Με λίγη τύχη, οι ερευνητές συνέλαβαν τα καόν στην elusive πράξη: σε αριθμούς, τα φορτισμένα καόν υπήρξαν υπερσπάνια αποσύνθεση περίπου 13 φορές στα 100 δισεκατομμύρια. Αυτό είναι εξαιρετικά σπάνιο. Ωστόσο, σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτό συμβαίνει περίπου 50% πιο συχνά από ό,τι προβλέπει το τυπικό μοντέλο — μια διαφορά που θα πρέπει να συμφιλιωθεί με κάποιον τρόπο. Αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι αλλάζουν τα δεδομένα στα θεμέλια της φυσικής. Λόγω της αβεβαιότητας που εμπλέκεται, είναι πολύ πιθανό ότι οι προβλέψεις του είναι συμβατές με αυτά που βρέθηκαν εδώ. Παρ’ όλα αυτά, αυτή είναι η πιο ακριβής ανίχνευση αυτού του είδους μέχρι σήμερα. Οι ερευνητές είχαν προηγουμένως παρατηρήσει την υπερσπάνια αποσύνθεση του καόν, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που μετρήθηκε με σημασία πέντε τυπικών αποκλίσεων (five sigma), που είναι το πρότυπο για την ανακάλυψη στη σωματιδιακή φυσική. Ανάλογα με το φαινόμενο που εμπλέκεται, αυτό σημαίνει ότι υπάρχει μόνο 0.00003% ή 0.00006% πιθανότητα αυτό που παρατηρήθηκε να είναι στατιστική τύχη.”Η αναζήτηση ενδείξεων νέας φυσικής σε αυτή την αποσύνθεση απαιτεί περισσότερα δεδομένα, αλλά αυτό το αποτέλεσμα είναι ένα άλμα προς τα εμπρός και ενισχύει περαιτέρω το ισχυρό ενδιαφέρον για αυτή τη γραμμή έρευνας,” δήλωσε ο συντονιστής φυσικής NA62 Καρίμ Μάσσρι.