Wyniki pochodzą z eksperymentu LHCb, który doprowadził do identyfikacji sygnału rozpadu cząstki oznaczonej jako B⁰, zawierającej kwark piękny. Rozpadła się ona na parę mionów, czyli cząstek podobnych do elektronów, lecz znacznie od nich cięższych. Zgodnie z przewidywaniami modelu standardowego, obecnie najlepszej teorii opisującej podstawowe składniki materii i oddziaływania między nimi, taki proces powinien zachodzić niezwykle rzadko.
Szacuje się, że występuje on zaledwie raz na około 10 miliardów rozpadów cząstek zawierających kwark piękny. Właśnie dlatego jego zaobserwowanie stanowiło tak duże wyzwanie. Pomimo wieloletnich poszukiwań, dopiero najnowsze możliwości detektora LHCb pozwoliły uzyskać wystarczająco silny sygnał.
Warto odnotować, iż kwarki to jedne z podstawowych składników materii. Kwarki górne i dolne budują protony oraz neutrony, z których składają się jądra atomowe. Kwark piękny należy do cięższej rodziny kwarków i powstaje między innymi podczas zderzeń wysokoenergetycznych protonów w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Cząstki zawierające taki kwark są wyjątkowo krótkotrwałe. Istnieją zaledwie około 1,5 bilionowej części sekundy, zanim ulegną rozpadowi na inne cząstki.
W badanym procesie mezon B⁰ przekształca się w dwa miony: jeden o ładunku dodatnim, drugi o ujemnym. To właśnie identyfikacja tej pary, ukrytej w ogromnej liczbie innych produktów zderzeń, stanowiła główną trudność eksperymentalną. Ogromną rolę w uzyskaniu wyniku odegrała modernizacja eksperymentu LHCb. Od 2024 roku ulepszony detektor może rejestrować dane nawet pięć razy szybciej niż wcześniej, co znacząco zwiększyło liczbę analizowanych zderzeń.
Naukowcy wykorzystali również udoskonalone metody identyfikacji cząstek oraz algorytmy uczenia maszynowego. Pozwoliły one oddzielić niezwykle rzadkie sygnały od ogromnego tła innych procesów zachodzących podczas kolizji protonów. Fizycy przeanalizowali dane zebrane w latach 2024-2025, a następnie połączyli je z wcześniejszymi pomiarami z okresu od 2011 do 2018 roku.
Czytaj też: Fizycy złamali jedną z podstawowych zasad. Dwa elektrony dokonały czegoś, co miało być niemożliwe
Choć naukowcy mówią o przełomie, wynik wymaga jeszcze potwierdzenia. Uzyskana istotność statystyczna wyniosła 3,2 sigma. W fizyce cząstek elementarnych taki poziom pozwala mówić o dowodach na istnienie badanego zjawiska, ale nie wystarcza do ogłoszenia jego formalnego odkrycia. Najważniejszy pozostaje fakt, iż dotychczasowe wyniki są zgodne z przewidywaniami modelu standardowego. Fizycy mają nadzieję, że precyzyjne badanie tego rodzaju procesów pozwoli im zajrzeć w obszar, w którym odległości liczy się w zeptometrach, czyli jednej miliardowej bilionowej części metra.
Źródło: CERN
