Model standardowy pozostaje najlepszą teorią opisującą znane cząstki elementarne oraz oddziaływania między nimi. Cała zwykła materia zbudowana jest z kwarków, które występują w sześciu odmianach, określanych przez fizyków mianem zapachów. Są to kwarki górny, dolny, dziwny, powabny, prawdziwy i piękny. Nazwy te nie opisują ich wyglądu, lecz są po prostu przyjętymi określeniami różnych rodzajów kwarków.
Czytaj też: Fizycy odkryli nową odmianę efektu Halla. Wiedzą już, co z nią zrobią
Zgodnie z teorią kwarki mogą zmieniać swój rodzaj. Prawdopodobieństwo takich przemian opisuje macierz CKM, od nazwisk Cabibbo, Kobayashiego i Maskawy. Jednym z najważniejszych wymagań modelu standardowego jest to, aby wartości opisujące możliwe przemiany spełniały określony warunek matematyczny: unitarność macierzy CKM. W uproszczeniu oznacza to, iż odpowiednie prawdopodobieństwa muszą sumować się do dokładnie jedności.
Jeżeli pomiary wykazałyby wyraźne odstępstwo od tego warunku, mogłoby to oznaczać, że model standardowy nie opisuje całej fizyki i istnieją jeszcze nieznane cząstki lub oddziaływania. Członkowie zespołu badawczego zwrócili uwagę na parametr VUS. Określa on prawdopodobieństwo przemiany kwarka dziwnego w górny. W pewnych przypadkach procesowi temu towarzyszy emisja elektronu oraz niewykrywalnego bezpośrednio neutrina. Dotychczasowe pomiary pochodziły przede wszystkim z badań kaonów, lecz takowe wykazują niewielkie odstępstwa od przewidywań modelu standardowego.
Potrzebny był więc niezależny sposób sprawdzenia tego wyniku. Fizycy postanowili wykorzystać w tym celu lambdy, czyli cięższe kuzynki neutronów należące do grupy hiperonów. Podczas rozpadu lambdy znajdujący się w niej kwark dziwny może zmienić się w kwark górny. W pewnych przypadkach procesowi temu towarzyszy emisja elektronu, a także niewykrywalnego bezpośrednio neutrina. Analiza takiego rozpadu pozwala uzyskać informacje o wartości VUS.
Eksperyment BESIII wykorzystał niezwykłą właściwość mechaniki kwantowej. Naukowcy wytworzyli pary hiperonów lambda oraz ich antycząstek w stanie splątanym. Właściwości obu cząstek pozostawały ze sobą powiązane nawet wtedy, gdy uczeni traktowali je jako oddzielne obiekty. Dzięki temu mogli wykorzystać informację uzyskaną z rozpadu jednej cząstki do odtworzenia właściwości jej partnera, a ostatecznie – uzyskanie informacji, których nie dałoby się zdobyć poprzez zwykłą obserwację pojedynczego rozpadu.
Czytaj też: Fizycy odkryli zaskakujące właściwości światła. Pomógł im kapelusz Einsteina
Zespół przeanalizował około 10 miliardów zdarzeń zderzeń. Po połączeniu danych eksperymentalnych z obliczeniami teoretycznymi naukowcy otrzymali wartość VUS zgodną z założeniem, że macierz CKM jest unitarna. Wynik stanowi niezależne potwierdzenie modelu standardowego, uzyskane zupełnie inną metodą niż wcześniejsze pomiary oparte na kaonach. Nie oznacza to jednak końca problemu. Nowy wynik nadal pozostaje w pewnej niezgodności z rezultatami uzyskiwanymi na podstawie kaonów. Różnica jest niewielka, ale właśnie takie drobne odstępstwa mogą okazać się niezwykle istotne dla fizyki cząstek elementarnych. Badacze planują więc kontynuować eksperymenty i zwiększać dokładność pomiarów.
Źródło: Nature
