Fizikusok felfedezték a legritkább részecskebomlást, a kaonbomlást

Új szubatomi részecskék megmagyarázhatnak egy meglepően nagy számú részecskebomlást, a kaonok bomlását a KOTO kísérletben. (A képen a KOTO detektor látható.)

Fotó: Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) Center

A kaonok „arany csatorna” nevű bomlása próbára teheti a részecskefizika standard modelljét. Ez a valaha felfedezett legritkább részecskebomlás. A CERN-ben a tudósok elcsípték a kaonok, egy speciális szubatomi részecske fajtának a bomlását. A ritka bomlás további tanulmánya kimutathatja a standard modell potenciális hibáját.

A bomlás neve azért „arany csatorna”, mert rátája a standard modellel nagy pontossággal előre jelezhető. Az NA62 nevű kísérlettel tesztelik ezt a precíz előre jelzést. Ha nem konzisztens, akkor az egy új fizika határozott jele. NA62 a Genf közelében található CERN laboratóriumában keresi a pozitív töltésű kaonok bomlását úgy, hogy nagy energiájú protonokat ütköztet egy célpontba és megfigyeli a létrejött kaonokat és azokat a részecskéket, amikre a kaonok bomlanak. A kaonok az arany csatorna révén csak körülbelül 13/100 billió arányban bomlottak el. Erről számoltak be a tudósok a mai napon a CERN-ben egy szemináriumon.

 

 Ez körülbelül 50%-kal gyakoribb, mint amit a standard modell előre jelzése. De tekintettel a mérés pontosságára, pillanatnyilag ez még konzisztens a standard modellel.

 

Új szubatomi részecskék megmagyarázhatnak egy meglepően nagy számú részecskebomlást, a kaonok bomlását a KOTO kísérletben. (A képen a KOTO detektor látható.)
Fotó: Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) Center / Science News

 

Egy korábbi NA62 eredménye bizonyította a kaon arany csatorna bomlást

 

Az ultraritka bomlásban, egy kaon három részecskét, egy piont és két könnyűsúlyú, elektromosan semleges részecskét, egy neutrinót és egy antineutrinót hoz létre. (Egy töltött kaon bomlásának leggyakoribb módja az, hogy egy neutrinót és az elektron egy nehéz rokonát, egy müont hoz létre.)

Egy korábbi NA62 eredménye bizonyította az arany csatorna bomlást, de ez a mérés felülmúlja azt a statisztikai jelentőséget, ami ahhoz szükséges, hogy felfedezésnek lehessen mondani, a mérföldkő neve öt szigma. Egy olyan eredmény, aminek megvan az öt szigma statisztikai jelentősége azt jelenti, hogy majdnem biztos a valószínűsége, hogy az adatokban lévő kiugrást egy új jelenség okozza, és nem statisztikai fluktuáció.

Az NA62 folytatja az adatszerzést és a jövőben pontosabb mérést állít elő, ami nagyobb bizonyossággal határozza meg, hogy a standard modell vajon helyes-e? Egy másik kísérlet, a KOTO azon dolgozik, hogy hajszálpontosan meghatározzon egy eltérő, ritka kaonbomlást.

(A múlt század folyamán a kutatók három alapvető erőt egyesítettek egyetlen modellbe, Standard Modell az univerzum általános működését próbálja meg leírni. Ebben a modellben lett összefoglalva, hogy a részecskék és a négy alapvető erőből három, az erős, a gyenge és az elektromágneses kölcsönhatás hogyan kapcsolódnak egymáshoz. Sikeresen megmagyaráz majdnem minden kísérleti eredményt, és pontosan megjósolta a jelenségek széles skáláját. A természet négy alapvető erője az erős kölcsönhatás (ez tartja össze az atommagban a protonokat és neutronokat, valamint a protonokat és a neutronokat alkotó részecskéket, a kvarkokat, nagyon erős, de csak kis távon hat az atommagban), a gyenge kölcsönhatás (a radioaktiv bomlások közül ez okozza a béta-bomlást), az elektromágneses erő (hatótávolsága akkora mint a gravitációnak, a távolság négyzetével csökken, de csak elektromos töltésű részecskékre hat – a kémiai és biológiai folyamatokban ezek hatnak –) és a gravitációs erő. A gravitációs erő túlmutat a Standard Modell keretein; az általános relativitás elmélethez tartozik.

A Standard Modell a fentieken kívül magába foglal egy csomó olyan szubatomi objektumot, amelyek csak tiszavirág-életűen léteznek, mint amilyenek a kvarkokból álló részecskék, amelyek nagyon gyorsan elbomlanak, vagy mint az olyan „hétköznapi” részecskék, amelyeket rendkívül nehéz nyomon követni, ilyenek például a neutrínók. A szerk.)

(Forrás: Science News:  https://www.sciencenews.org/, CERN: https://home.cern/)