Un fenomen rar descoperit la CERN ar putea deschide drumul către noi fizici5 min read

Cercetări recente efectuate la CERN au observat un fenomen eluziv, o dezintegrare extrem de rară a unor particule numite kaoni.

O echipă de cercetători de la Centrul European pentru Cercetare Nucleară (CERN) a observat un fenomen extrem de rar în cadrul experimentului NA62,// Detalii pe home.cern // care ar putea aduce indicii importante despre existența unei noi fizici. Sub conducerea Cristinei Lazzeroni de la Universitatea Birmingham, echipa a măsurat pentru prima dată dezintegrarea unui kaon încărcat, care s-a transformat într-un pion încărcat și o pereche de neutrini antineutrini. Rezultatele au fost prezentate într-un seminar CERN.// „New measurement of the K+ -> pi+nunu decay by the NA62 Experimen”, indico.cern.ch //

Kaonii sunt particule compuse dintr-un quark și o antiparticulă de quark, care se dezintegrează rapid, într-o sutime de milionime de secundă. Procesul lor de dezintegrare este unic și ajută cercetătorii să înțeleagă mai bine comportamentul particulelor subatomice.

Dezintegrarea kaonilor în pioni, neutrini și antineutrini este numită și „canalul de aur” în fizica particulelor, datorită acurateței cu care este prezisă de modelul standard. Însă raritatea sa extremă face din el un indicator sensibil pentru posibilele abateri de la modelul actual și ar putea semnala existența unor fenomene fizice necunoscute.

Pentru a confirma descoperirea, echipa a avut nevoie de o cantitate enormă de date până a ajuns la pragul de „cinci sigma”, pragul de certitudine care confirmă descoperirile în fizica particulelor. Acest nivel de încredere asigură că probabilitatea de eroare este extrem de scăzută.

Cercetătorii au generat kaoni prin lansarea unui fascicul de protoni de mare energie asupra unei ținte de beriliu, ceea ce a produs un fascicul secundar în care aproximativ 6% dintre particule erau kaoni încărcați. Deși majoritatea kaonilor se dezintegrează într-un muon și un neutrin, aproximativ 13 din fiecare 100 de miliarde de dezintegrări produc un pion (sau pi+), un neutrin și un antineutrin.

Raritatea acestei dezintegrări se explică prin faptul că implică schimbarea aromei quarcilor.  Aromele quarcilor se referă la cele șase tipuri principale de quarci care există în univers: up, down, strange, charm, beauty și top. Fiecare dintre aceste tipuri este denumit o „aromă” și fiecare aromă participă la interacțiuni diferite în procesele subatomice. Schimbarea aromei unui quark este un proces rar și necesită particule intermediare, precum bosonul Z, ceea ce face astfel de evenimente extrem de rare și greu de observat. 

Observarea acestui fenomen rar este un prim pas important în căutarea unor abateri de la modelul standard care ar putea indica existența unei noi fizici. Însă, deși numărul de dezintegrări observate la CERN este ușor mai mare decât cel prezis de modelul standard, rezultatele obținute se încadrează încă în limitele de incertitudine.

„Modelul standard a funcționat foarte bine până acum, dar știm că are limite. De exemplu, nu explică materia întunecată și dezechilibrul materie-antimaterie. Ne așteptăm la descoperirea unor noi particule sau forțe”, a explicat Lazzeroni.

Experimentul NA62 va continua să colecteze date în următorii trei ani, iar aceste noi date ar putea aduce mai multe clarificări despre posibilele deviații care ar putea arăta că fizica funcționează după reguli diferite de cele cunoscute până acum.