O nouă descoperire la CERN: Nemaivăzută pe Pământ, schimbă legile fizicii

Oamenii de știință de la CERN, cel mai mare accelerator de particule de lângă Geneva din Elveția, care constă într-un tunel subteran circular de 27 de kilometri în circumferință, au anunțat o descoperire de senzație. Experții au găsit ceva nemaivăzut pe Pământ, prima descompunere a particulelor ultra-rare, care ar însemna o nouă fizică.

Experimentul deschide o nouă cale de descoperire a fizicii dincolo de înțelegerea noastră a modului în care interacționează elementele constitutive ale materiei, potrivit Phys. Colectivul de la NA62 a prezentat la un seminar al CERN prima observație experimentală a dezintegrării ultra-rare a kaonului încărcat într-un pion încărcat și o pereche neutrino-antineutrino (K+ → π+νṽ).

Aceasta este o întâmplare ultra-rară - Modelul Standard (SM) al fizicii particulelor, care explică modul în care particulele interacționează, prezice că mai puțin de unul din 10 miliarde de kaoni se va descompune în acest fel. Experimentul NA62 a fost proiectat și construit special pentru a măsura această degradare a kaonului.

Cristina Lazzeroni, profesor în fizica particulelor la Universitatea din Birmingham, a declarat: „Cu această măsurătoare, K+ → π+νṽ devine cea mai rară dezintegrare stabilită la nivel de descoperire - faimosul 5 sigma. Această analiză dificilă este rezultatul unui excelent lucru în echipă și sunt extrem de mândră de acest nou rezultat."

Kaonii sunt produși de un fascicul de protoni de mare intensitate furnizat de Super Proton Synchrotron (SPS) CERN, ciocnind cu o țintă staționară. Acest lucru creează un fascicul de particule secundare cu aproape un miliard de particule pe secundă care zboară în detectorul NA62, dintre care aproximativ 6% sunt kaoni încărcați. Detectorul identifică și măsoară cu precizie fiecare kaon și produșii săi de descompunere, cu excepția neutrinilor care apar ca energie lipsă.

Profesorul Giuseppe Ruggiero, de la Universitatea din Florența, a adăugat: „Acesta este punctul culminant al unui proiect lung început în urmă cu mai bine de un deceniu. Căutarea efectelor în natură care au probabilități de ordinul 10-11 este fascinantă și provocatoare. După o muncă riguroasă și minuțioasă, am obținut o recompensă uimitoare pentru efortul nostru și am oferit un rezultat mult așteptat."

Noul rezultat se bazează pe combinația de date preluate de experimentul NA62 în 2021-22 și un rezultat publicat anterior bazat pe setul de date 2016-18. Setul de date 2021-2022 a fost colectat în urma unei suite de upgrade la configurația NA62, permițând funcționarea la o intensitate a fasciculului cu 30% mai mare cu mai multe detectoare noi și îmbunătățite.

Actualizările hardware combinate cu tehnici de analiză rafinate au permis colectarea semnalelor candidate la o rată cu 50% mai mare decât înainte, adăugând în același timp noi instrumente pentru a suprima fundalurile.

Un grup de oameni de știință de la Universitatea din Birmingham, condus în prezent de profesorul Evgueni Goudzovski, s-a alăturat experimentului NA62 în faza de proiectare în 2007, jucând un rol central în colaborare.

Profesorul Goudzovski a comentat: „Atragerea talentelor de top și oferirea de poziții de responsabilitate cercetătorilor la începutul carierei a fost întotdeauna prioritatea grupului. Suntem mândri că atât actualul coordonator de fizică de la NA62, cât și actualul convocator al măsurării K+ → π+νṽ sunt foști doctoranzi din Birmingham. Este un privilegiu să lucrezi și să conduci o echipă atât de energică și constructivă".

Fracția de kaoni care se descompune într-un pion și doi neutrini este măsurată a fi de aproximativ 13 la 100 de miliarde. Aceasta se potrivește cu predicțiile SM, dar este cu aproximativ 50% mai mare.

Oamenii de știință au susținut argumentele pentru un tip special de dezintegrare a particulelor subatomice numite kaoni. Studii suplimentare ale dezintegrării rare ar putea dezvălui un potențial defect al modelului standard, teoria puternică a fizicienilor a particulelor subatomice.

Dezintegrarea este cunoscută ca un „canal de aur" deoarece rata sa poate fi prezisă cu precizie ridicată de modelul standard. Experimentul, numit NA62, își propune să testeze această predicție precisă.