U CERN-u je po prvi put nakon 25 godina istraživanja snimljen rijedak raspad čestica predviđen Standardnim modelom fizike elementarnih čestica, objavili su danas znanstvenici koji rade na tzv. CMS-u, jednom od ključnih detektora Velikog hadronskog sudarača.
Eksperiment je otkrio jake dokaze raspada Bs mezona u par miona. Na svaku milijardu stvorenih Bs mezona tek oko tri će se raspasti u dva miona koji su teži rođaci elektrona. Ovi raspadi su idealni procesi u kojima se traži znak koji bi otvorio vrata neke nove fizike, odnosno odstupanja od preciznih predviđanja Standardnog modela (SM).
U CMS-u je izmjerena brzina raspada od 3.0±1.0 x 10^–9 sa statističkim značajem od 4.3σ, što je u skladu s predviđanjima Standardnog modela prema kojima bi ona trebala biti 3.6±0.3 x 10^–9. To znači da je vjerojatnost da je signal rezultat pogreške, odnosno slučajne fluktuacije pozadine, vrlo mala – oko jedan na 100.000.
Potraga za novom fizikom
U istraživanjima u proteklih nekoliko godina predviđanja SM-a pokazala su se ekstremno uspješnima. No fizičari znaju da on ipak nije potpun jer ne nudi objašnjenja tamne tvari koja je potvrđena kozmološkim promatranjima, niti daje odgovor na pitanje zašto u svemiru materija dominira nad antimaterijom.
Stručnjaci očekuju da bi se fizika izvan Standardnog modela, ako postoji, morala otkriti u LHC-u. Stoga CMS sustavno traga za njegovim mogućim proširenjima.
Prof. dr. Ivica Puljak, koji radi na CMS-u u CERN-u kaže da je Standardni model fizike najpotpuniji najpotpunija teorija prirode za koju znamo.
‘Mi ga razvijamo već nekoliko stotina godina od Galilea na ovamo, a danas smo došli do izuzetno velike preciznosti kojom smo ga testirali. Do sada je na stotine eksperimenata pokazalo da Standardni model daje apsolutno dobra predviđanja. Ovaj je najprecizniji do sada i samo je još jedan u nizu koji ga potvrđuje. To je jedan od najvećih uspjeha u povijesti ljudskog roda. Mislim da postoje samo dvije teorije koje tako dobro opisuju prirodu. Jedna je Darwinova teorija evolucije koja je podnijela svaki test do sada, a druga Standardni model koji je isto tako potvrđen u svim dosadašnjim eksperimentima.’
No koliko god da smo sretni da imamo teoriju koja tako precizno opisuje prirodu, ističe Puljak, naš je zadatak da otkrijemo gdje ona ne funkcionira kako bismo upotpunili našu sliku o prirodi i objasnili pojave koje Standardnim modelom ne možemo objasniti.
Zašto je ovo otkriće važno?
Fizičari čestica smatraju da je raspad B mezona, koji se sastoje od jednog dno kvarka i jednog lakšeg kvarka, u mione, idealno područje za potragu za novom fizikom. Naime, taj je raspad snažno potisnut u Standardnom modelu, a nekoliko njegovih proširenja predviđa još veća potisnuća ili pak suprotno – velika pojačanja raspada. Kada bi mjerenja brzine raspada pokazala neslaganja s predviđanjima SM-a, bio bi to jasan znak nove fizike.
Kroz posljednjih 25 godina, znanstvenici su tražili ove rijetke raspade u desecima eksperimenata na raznim sudaračima čestica. Za to vrijeme granice eksperimenata unaprijeđene su za četiri reda veličine pa se njihova osjetljivost približavala predviđanjima SM-a. U slučaju Bs→ μμ raspada, u studenom 2012. godine LHCb eksperiment je pokazao prvu jasnu naznaku postojanja ovog raspada, sa statističkim značajem od 3,5σ.
Eksperimentalna potraga za ovim rijetkim procesima vrlo je mukotrpna jer zahtijeva pronalazak od tek nekoliko događaja u ogromnom broju pozadinskih događaja – za samo tri od svakih milijardu Bs mezona očekuje se raspad u dva miona, a brzina raspada još je manja za B0 mezon.
Hrvatski fizičari su na svjetskoj razini
U istraživanjima Standardnog modela u CERN-u, u kojima se tražio i Higgsov bozon, sudjeluju dvije skupine hrvatskih znanstvenika – jedna iz Zagreba pod vodstvom prof. dr. Vuke Brigljevića i druga iz Splita koju vodi Puljak.
‘Radili smo na potrazi za Higgsovim bozonom, na konstrukciji detektora, analizi podataka, a sada i na unapređenju detektora’, rekao je Puljak i dodao: ‘Ima nas petnaestak. Pet, šest su seniori, a ostali studenti, doktorandi. Imamo još nekoliko grupa na drugim projektima kao što je detektor Alice. Ova nova generacija znanstvenika je kroz posljednjih 20-ak godina suradnje u CERN-u pokazala da mi u Hrvatskoj možemo raditi na fizici potpuno ravnopravno s bilo kojom drugom grupom u svijetu. Tako nas i tretiraju.’
