Il CERN conferma la trasformazione di particelle estremamente rare e suggerisce una nuova fisica: ScienceAlert

Al collisore di particelle del CERN, un raro evento ci avvicina in modo emozionante al limite della nuova fisica.

Di anni di attività ciò che è noto come Esperienza NA62la fisica delle particelle Cristina Lazzeroni dell’Università di Birmingham nel Regno Unito e i suoi colleghi hanno ora stabilito, osservato e misurato il decadimento di una particella kaonica carica in un pione carico e una coppia di neutrini e antineutrini. I ricercatori hanno presentato i loro risultati in A Simposio del CERN.

È roba emozionante. Il motivo per cui il team ha perseguito incessantemente questo tipo molto specifico di canale di decadimento per più di un decennio è che si tratta di quello che è noto come canale “d’oro”, il che significa che non solo è incredibilmente raro, ma ben previsto dalla matematica complessa. Composizione del modello standard della fisica.

Questa rarità e precisione lo rendono una misura estremamente sensibile per scoprire nuova fisica. Tuttavia, è stato solo raccogliendo un’incredibile quantità di dati riguardanti innumerevoli collisioni di particelle che il team è stato in grado di confermare che la loro scoperta è accurata secondo il famoso libro.Cinque sigma“Standard di certezza statistica.

“Questa analisi impegnativa è il risultato di un eccellente lavoro di squadra e sono estremamente orgoglioso di questo nuovo risultato”. dice Lazzerone.

I kaoni sono costituiti da una combinazione di un quark e una diversa particella antiquark associata alla forza forte, che decade rapidamente in un modo unico che i fisici descrivono come “strano‘. Questa strana proprietà lo rese uno strumento utile per determinare le regole secondo le quali le particelle dovrebbero comportarsi generalmente.

Produrre procioni non è particolarmente difficile, se si dispone dell’attrezzatura giusta. Utilizzando il Super Proton Sincrotrone del CERN, i ricercatori hanno sparato un raggio di protoni ad alta energia contro un bersaglio fisso di berillio. Ciò produce un fascio secondario di circa un miliardo di particelle al secondo, circa il 6% delle quali sono alcuni tipi di kaoni carichi.

I contatori non hanno una lunga vita; Si formano e decadono in un centesimo di milionesimo di secondo. Quindi, in quel raggio secondario, il decadimento del kaone avviene costantemente, trasformandosi generalmente in un cugino molto pesante dell’elettrone chiamato muone, e Neutrino.

Tuttavia, in circa 13 su 100 miliardi di kaoni che decadono, il risultato è un antineutrino, un neutrino e una particella instabile composta da un altro tipo di quark e un antiquark chiamato pione.

“Kaoni e pioni sono particelle che contengono quark”, ha detto Lazzrino a ScienceAlert. Il fatto che i quark siano di diversi tipi (up, down, strange, charm, beautiful, top) si chiama sapore.

“La rarità di questo decadimento ha a che fare con il fatto che c’è un cambiamento nel sapore dei quark Z Nostromo È prodotto da Pune e Neutrini. “Ciò può avvenire solo attraverso un processo abbastanza complesso, da qui la sua rarità.”

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La scala del decadimento dei kaoni necessaria per osservare questo processo è astronomica, ma le sfide da affrontare non finiscono qui. I neutrini sono notoriamente difficili da rilevare così come sono, e loro e il loro partner antineutrino si annienteranno quasi immediatamente; Per l’esperimento NA62, i ricercatori non hanno tentato di rilevare una coppia neutrino-antineutrino.

È semplicemente il pione carico, o “pi+”, cioè l’ago, nel mezzo di un enorme pagliaio di decadimento di altri kaoni carichi (K+).

“Tutti gli altri decadimenti del K+ che vogliamo eliminare sono chiamati fondo e hanno particelle rilevabili. La sfida è rilevarli”. tutti “Da lì e sempre, così quando vediamo K+ in pi+ e nient’altro, siamo sicuri di non aver perso nulla, e questo è davvero il segnale”, ha spiegato Lazzerino.

Ecco perché, quando il team ha riportato la prima serie di risultati nel 2019, non era al livello di certezza statistica cinque sigma trovato. E ora hanno raggiunto quella soglia.

Ora che il canale di decadimento è stato creato, i ricercatori possono passare alla ricerca di eventuali anomalie che potrebbero indicare una nuova fisica. Il numero kaone-pione e il decadimento neutrino/antineutrino osservati dal team sono superiori a 8,4 per 100 miliardi previsti dal modello standardma è ancora entro i parametri di incertezza.

Per trovare una nuova fisica, è necessario osservare una deviazione maggiore nel numero di decadimenti.

“IL Modulo standard Finora la previsione del feedback è stata molto buona, ma sappiamo che è destinata ad avere dei difetti. Come se non includesse un modello per Materia oscuraE la questione è- Antimateria Lo squilibrio è un ordine di grandezza troppo piccolo rispetto a ciò che è necessario per rappresentare l’universo. In generale, ci aspettiamo che emerga nuova fisica. Di cosa si tratta esattamente non è noto. “Ma in generale ci aspettiamo che esistano nuove particelle (e forze)”, ha detto Lazzeroni.

“NA62 ha già raccolto più dati e continuerà per altri tre anni. Con la totalità dei dati saremo in grado di determinare se sono coerenti con il Modello Standard.”

Che meravigliosamente sexy.

La squadra ha presentato i suoi risultati Simposio del CERN.