Aparatura detekcyjna eksperymentu LHCb, jednego z czterech najważniejszych przy Wielkim Zderzaczu Hadronów, zaobserwowała rozpad mezonu pięknego. Detekcja jest kolejnym krokiem na drodze do odkrycia w przyszłości nowych, nieznanych współczesnej fizyce zjawisk.
Pod Genewą wykryto pierwszy rozpad mezonu pięknego B+, rzadkiej cząstki naładowanej. Cząstki tego typu były już obserwowane we wcześniejszych eksperymentach. - Wyjątkowość naszego zdarzenia z mezonem B+ polega na tym, że po raz pierwszy w detektorze LHCb zobaczyliśmy cząstkę, do rejestracji której ten ogromny eksperyment został zaprojektowany – wyjaśnia dr Marek Szczekowski z Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku.
Aby wykryć pierwszy rozpad mezonu pięknego, fizycy musieli przeanalizować około 10 milionów zderzeń proton-proton, a następnie zrekonstruować przebieg wybranego zjawiska. Rekonstrukcja nie była łatwa, bo w znalezionym zdarzeniu detektory zarejestrowały około 100 innych cząstek. Ustalono, że podczas zderzenia protonu z protonem powstał mezon B+, który przeleciał drogę około dwóch milimetrów i rozpadł się na dwie mniejsze cząstki – mezon i kaon.
Protony w akceleratorze LHC krążą obecnie z energiami 3,5 teraelektronowolta (TeV). W wyniku zderzeń energia sięga rekordowej wartości 7 TeV. Pierwsza rejestracja mezonu B+ w LHCb wymagała kilku tygodni pracy, ponieważ protony zderzają się jednak stosunkowo rzadko. - Przewidujemy, że gdy intensywność wiązek wzrośnie, w ciągu każdej sekundy będziemy rejestrować nawet dwa tysiące rozpadów cząstek pięknych – mówi dr Szczekowski.
Instytut Problemów Jądrowych w Świerku uczestniczy w eksperymencie LHCb niemal od jego samego początku. Fizycy z IPJ zbudowali 130 modułów (1/3 całości) zewnętrznego detektora LHCb, służących do rekonstrukcji torów i pomiaru pędu cząstek naładowanych. W IPJ zaprojektowano, wykonano i przetestowano też jedne z najbardziej skomplikowanych układów w systemie zbierania danych eksperymentu LHCb. Prace nad detektorami dla LHCb zostały zrealizowane we współpracy z Instytutem Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie i Akademią Górniczo-Hutniczą.
[----- Podzial strony -----]
Badania dużej liczby rozpadów mezonów pozwolą dokładnie zmierzyć wiele własności mezonów zawierających kwarki i antykwarki piękne. Fizycy mają nadzieję, że uda się wtedy znaleźć małe różnice w rozpadach i odkryć przyczyny złamania symetrii między materią a antymaterią. Zadanie to jest podstawowym celem eksperymentu LHCb.
Zgodnie z obecnymi teoriami fizycznymi i modelami kosmologicznymi, 13,7 mld lat temu, tuż po Wielkim Wybuchu, energia zaczęła przekształcać się w materię. Ponieważ cząstki zawsze powstają w parach cząstka-antycząstka, antymaterii powinno być dziś tyle samo co materii. Obserwacje astronomiczne nie potwierdzają tego przypuszczenia – nigdzie nie widać śladów trudnej do uniknięcia anihilacji obiektów kosmicznych. Oznacza to, że Wszechświat jest zdominowany przez materię, która nie jest idealnie lustrzanym odbiciem antymaterii.
Wszystkie dotychczasowe pomiary łamania symetrii w rozpadach mezonów pięknych zgadzają się z naszą najlepszą teorią budowy materii, Modelem Standardowym. Fizycy zdają sobie jednak sprawę, że Model Standardowy ma ograniczony zakres stosowalności i nie wyjaśnia wielu obserwowanych zjawisk. Celem nadrzędnym współczesnej fizyki jest więc stworzenie nowej, dokładniejszej teorii budowy materii. Nie wiadomo jednak jak to zrobić, bo teoretycy przedstawili nie jedną, a cały szereg nowych propozycji.
Wiele z nich przewiduje istnienie dotychczas nieznanych cząstek elementarnych (np. supersymetrycznych), inne wprowadzają dodatkowe wymiary przestrzeni. Nie jest jasne, która z tych dróg poprawnie opisuje rzeczywistość. Największe eksperymenty przy Wielkim Zderzaczu Hadronów, takie jak ATLAS czy CMS, zaprojektowano aby bezpośrednio wykrywać cząstki supersymetryczne. W eksperymencie LHCb stosuje się inne, komplementarne podejście: próbuje się znaleźć ślady nowej fizyki poprzez precyzyjne pomiary rozpadów znanych cząstek pięknych.
Przemysław Goławski,
na podstawie materiałów Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku
