Šanca, že k tomuto rozpadu dôjde, je podľa štandardného modelu časticovej fyziky menšia než jedna k desiatim miliardám.
Experiment NA62. Zdroj: https://na62.web.cern.ch/Home/Home.html
Na seminári, ktorý sa tento týždeň konal v CERN-e, kolaborácia NA62 oznámila jednoznačné pozorovanie ultrazriedkavého rozpadu kladne nabitého kaónu na kladne nabitý pión a neutrínovo-antineutrínový pár.
Viaceré experimenty vrátane NA62 už v minulosti merali a evidovali tento proces. Avšak toto je po prvýkrát, keď bol zmeraný so štatistickou významnosťou päť štandardných odchýlok. Bola tým prekročená hranica potvrdenia objavu v časticovej fyzike.
Pozorovali mimoriadne zriedkavý proces
Tento rozpad, ktorý možno symbolicky zapísať ako K+ → p+ n n, patrí medzi najzriedkavejšie procesy, aké boli kedy pozorované. Podľa štandardného modelu časticovej fyziky sa týmto spôsobom rozpadá menej ako jeden z 10 miliárd kladne nabitých kaónov.
„Toto pozorovanie je vyvrcholením projektu, ktorý sa začal pred viac ako jedným desaťročím,“ uviedol hovorca NA62 Giuseppe Ruggiero. „Hľadanie dejov v prírode, ktorých pravdepodobnosť výskytu je rádovo 10-11, je súčasne fascinujúce aj náročné. Dôkladná a náročná práca nás konečne priviedla k pozorovaniu procesu, pre ktorý bol NA62 navrhnutý a postavený.“
Doteraz najpresnejšie meranie rozpadu
Prečo však fyzici pátrajú po procesoch, ktoré sú také zriedkavé? Je to preto, lebo teoretické modely predpovedajú, že rozpad K+ → p+ n n je extrémne citlivý na odchýlky od predpovedí štandardného modelu. Toto z neho robí jeden z najzaujímavejších procesov hľadania rozšírení štandardného modelu.
Z analýzy dát, zozbieraných vedcami NA62 medzi rokmi 2016 a 2022, vyplýva, že relatívny podiel rozpadu K+ týmto spôsobom je 13,0-2,9+3,3 ´ 10-11. S 25-percentnou relatívnou presnosťou ide k dnešnému dňu o najpresnejšie meranie rozpadu K+ → p+ n n.
Hľadanie náznakov novej fyziky
Uvedený výsledok prevyšuje predpoveď štandardného modelu asi o 50 percent, ale je s ňou v rámci chýb merania kompatibilný. Vďaka pokračujúcemu zberu dát bude NA62 schopný v priebehu niekoľkých rokov testovať daný rozpad na prítomnosť signálov novej fyziky.
„Hľadanie náznakov novej fyziky v tomto rozpade si vyžaduje viac dát, súčasný výsledok však predstavuje veľký krok vpred a posilňuje záujem o túto oblasť výskumu,“ povedal fyzikálny koordinátor NA62 Karim Massri.
Experiment NA62
V experimente NA62 sa kaóny produkujú bombardovaním stacionárneho terčíka protónovým lúčom vysokej intenzity, ktorý je produkovaný Super Proton Synchrotron, urýchľovačom v CERN-e. Každú sekundu sa vyprodukuje takmer miliarda sekundárnych častíc, ktoré letia do NA62 detektora. Z týchto častíc je asi 6 percent kladne nabitých kaónov.
NA62 presne deteguje rozpadové produkty kaónov, pričom identifikuje a meria všetky produkované častice s výnimkou neutrín. Prítomnosť neutrín v rozpade sa demonštruje ako chýbajúca energia.
Pre daný výsledok boli kritické dáta z rokov 2021 a 2022, ktoré sa podarilo získať po vylepšení detektora. Umožnili, aby experiment NA62 operoval pri intenzitách zväzku o 30 percent vyšších. Po skombinovaní hardvérových vylepšení so zlepšenou technikou analýzy dát vzrástla rýchlosť zbierania týchto dát, ktoré boli kandidátmi na signál, o 50 percent. K spomenutému nárastu prispeli aj nové nástroje na potlačenie procesov v pozadí imitujúcich rozpad K+ → p+ n n.
„Toto meranie závisí od našej schopnosti rozpoznať, že daný rozpad kladného kaónu je tým jediným z desiatich miliárd, ktorý je naším signálom, a že to nie je niektorý zo zvyšných 9 999 999 999 rozpadov, ktoré tento signál iba imitujú,“ povedal vedúci dátový analytik Joel Swallow. „Kolaborácia NA62 ako celok zabezpečila, že sa tento takmer nedosiahnuteľný výsledok stal skutočnosťou.“
Zdroj: TS Svet častíc
(zh)
