“Tło” pomiarów ważniejsze od ich głównej części?
Eksperymenty w tej sprawie przeprowadzono z wykorzystaniem Wielkiego Zderzacza Hadronów, czyli największego na świecie akceleratora cząstek, znajdującego się w Genewie. To właśnie tam rozpędzane niemal do prędkości światła wiązki cząstek zazwyczaj zderzają się ze sobą, tworząc kaskady nowych cząstek, które pozwalają badać strukturę materii. Tym razem jednak naukowcy spojrzeli na sytuacje, w których cząstki… niemal się nie zderzają.
Okazuje się, że nawet gdy mijają się one o włos, ich pola elektromagnetyczne ulegają silnemu spłaszczeniu, tworząc niezwykle intensywne impulsy światła: wysokoenergetyczne fotony. Te mogą oddziaływać z innymi cząstkami, prowadząc do tzw. oddziaływań foton-jądro. Jak wykazał zespół badawczy, takie “prawie kolizje” mogą być niezwykle cennym źródłem informacji o wnętrzu materii.
W trakcie analizy danych z detektora CMS naukowcom udało się zaobserwować powstawanie rzadkich cząstek zwanych mezonami D⁰. Są one szczególnie interesujące, ponieważ zawierają tzw. kwark powabny, który pojawia się tylko w ekstremalnie wysokich energiach. Dzięki nim badacze mogli po raz pierwszy w tak precyzyjny sposób zajrzeć do wnętrza jądra atomowego i oszacować zachowanie gluonów, a więc cząstek odpowiedzialnych za działanie silnego oddziaływania jądrowego.
Cząstki prawie się ze sobą zderzają – właśnie to zaczęło interesować fizyków
To właśnie oddziaływanie silne jest jedną z czterech podstawowych sił natury i odpowiada za sklejanie kwarków w protony i neutrony, a tym samym za stabilność całej materii we wszechświecie. Nowe wyniki sugerują, jakoby w ekstremalnych warunkach – gdy jądra są silnie ściśnięte i poruszają się z ogromnymi prędkościami – gluony mogły zachowywać się w sposób bardziej złożony, niż dotąd przewidywano.
Co szczególnie istotne, zjawiska te przez lata były uznawane za niepożądane “tło” w eksperymentach fizycznych i często je odrzucano. Dopiero teraz naukowcy pokazali, iż mogą one działać jak niezwykle precyzyjny mikroskop do badania struktury materii na najgłębszym poziomie. Członkowie zespołu podkreślają, że aby wyłowić te rzadkie zdarzenia, konieczne było przeanalizowanie dziesiątek miliardów kolizji, z których tylko kilkaset odpowiadało poszukiwanym bliskim minięciom. W tym celu musieli opracować specjalne algorytmy zdolne do identyfikacji subtelnych sygnałów w czasie rzeczywistym.
Czytaj też: Fizycy przewieźli antymaterię ciężarówką. To pierwsze takie wydarzenie w historii
Dokonane odkrycie zapoczątkowuje nowy kierunek badań w fizyce cząstek. Dzięki dalszym eksperymentom i większej ilości danych naukowcy liczą, iż uda się jeszcze dokładniej opisać zachowanie gluonów, a być może nawet znaleźć odstępstwa od obowiązującego modelu standardowego fizyki cząstek. Jeśli tak się stanie, może to oznaczać początek nowej fizyki wykraczającej poza dotychczasowe teorie.
Źródło: MIT, Physical Review Letters
