Barioni su subatomske čestice sastavljene od neparnog broja kvarkova. Proton i neutron, koji se nalaze u središtu atoma, najpoznatiji su primjeri bariona, no postoji čitav niz drugih, sastavljenih od rjeđih i nestabilnijih kvarkova. Zbog te nestabilnosti, mnogi od njih raspadaju se u druge čestice. Najrjeđi poznati raspad među njima je onaj u kojemu se barion Σ+ pretvara u proton, mion i antimion.
LHCb pronašao 237 slučajeva među 100 trilijuna čestica
Znanstvenici iz eksperimenta LHCb, jednog od četiri glavna eksperimenta u okviru Velikog hadronskog sudarivača (LHC) u CERN-u, istražili su upravo taj tip raspada. U podacima iz sudara u kojima je proizvedeno približno 100 trilijuna Σ+ čestica, identificirali su oko 237 događaja koji odgovaraju tom ekstremno rijetkom raspadu.
“Ovo je najrjeđi barionski raspad koji smo dosad promatrali”, izjavio je Gabriele Martelli, član LHCb tima, za IFLScience. Raspad se događa samo jednom na svakih 100 milijuna Σ+ čestica proizvedenih u laboratorijskim uvjetima.
Prvo otkriće bilo je zbunjujuće
Ovaj je raspad prvi put zabilježen u Fermilabu i tada je izazvao veliko iznenađenje jer je izgledalo kao da se događa nešto neuobičajeno. U tom su eksperimentu uočena tri jasna signala koji su upućivali na raspad, ali se činilo da se čestica Σ+ najprije raspada u proton i neku nepoznatu česticu, koja se potom pretvara u mion, teži analog elektrona, i antimion.
“To tada nitko nije mogao predvidjeti. Nakon tog eksperimenta pojavili su se deseci teorija koje su pokušale objasniti postojanje te nepoznate čestice. Tražila se i u drugim eksperimentima, u različitim režimima raspada, no nijedan drugi eksperiment prije LHCb-a nije imao mogućnost sustavno tragati za tim raspadom Σ+ čestice,” rekao je Francesco Dettori, također član LHCb suradnje.
Nepoznata čestica smatrala se jednim od potencijalnih tragova fizike izvan standardnog modela, teorije koja opisuje ponašanje čestica i sila na najnižim energetskim razinama. No podaci iz LHCb-a pokazali su da tri čestice nastaju zajedno, bez potrebe za bilo kakvom posredničkom ili nepoznatom česticom.
“Izgleda da je sve u skladu, nažalost, ako to tako želite, s trenutačnim razumijevanjem fizike čestica, odnosno sa standardnim modelom,” dodao je dr. Dettori.
LHCb nije bio dizajniran za to — ali je svejedno uspio
Eksperiment LHCb nije konstruiran za istraživanje raspada čestice Σ+. Njegova je primarna svrha proučavanje procesa koji bi mogli objasniti zašto je materija u svemiru dominantna u odnosu na antimateriju. No neke karakteristike Σ+ čestice učinile su LHCb izuzetno pogodnim za bilježenje tog rijetkog procesa, osobito zato što je čestica nešto stabilnija od većine drugih koje se stvaraju u sudarima.
“Σ+ živi nešto dulje, pa može prijeći nekoliko metara prije nego što se raspadne. A kad dođe do raspada, pretvara se u proton i par miona,” objasnio je dr. Martelli.
“Ima niži impuls u odnosu na čestice koje obično proučavamo, pa je zapravo predstavljala pozadinski signal u našem eksperimentu. No budući da smo je svejedno uspjeli snimiti, nakon završetka prikupljanja podataka vratili smo se tim događajima i napravili analizu. Mislim da to pokazuje koliko još prostora postoji za proučavanje izuzetno rijetkih procesa“, dodao je dr. Dettori.
Ovo istraživanje, koje je podržao talijanski Nacionalni institut za nuklearnu fiziku (INFN), još jednom pokazuje kako čak i eksperimenti s vrlo jasno definiranim ciljevima mogu rezultirati otkrićima koja nisu bila ni planirana. Sličan slučaj zabilježen je i kada je detektor tamne tvari neočekivano registrirao izuzetno rijedak raspad atoma, događaj koji se tada smatrao najrjeđim ikad zabilježenim.
Ivan je novinar, bloger i autor s više od 15 godina iskustva u digitalnim medijima. Piše o širokom spektru tema, uključujući svemir, astronomiju, znanost, povijest i arheologiju. Objavljuje kao gostujući autor u Večernjem listu, a kao stručni sugovornik gostovao je u emisijama na kanalima Science Discovery i History Channel. Osnivač je portala Kozmos.hr, prvog hrvatskog online magazina posvećenog popularizaciji znanosti i svemira.
