Najnowsza analiza danych zebranych w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN otwiera nowe okno na tzw. zeptoświat, czyli skalę zeptometrów odpowiadającą zjawiskom biliony razy mniejszym od grubości ludzkiego włosa, gdzie nieodkryte dotąd siły lub cząstki mogą subtelnie zaburzać skrajnie rzadkie procesy kwantowe.
Podczas seminarium naukowego zorganizowanego 3 listopada oraz w opublikowanym na serwerze arXiv preprincie, międzynarodowa kolaboracja LHCb ogłosiła zaobserwowanie eksperymentalnych przesłanek świadczących o jednym z najbardziej nieuchwytnych zjawisk w mikroświecie: rozpadzie mezonu Bd0 na parę złożoną z mionu i antymionu. Zdarzenie to, poszukiwane bezskutecznie od lat 80. XX wieku, zachodzi zaledwie raz na dziesięć miliardów rozpadów mezonu pięknego, co czyni prawdopodobieństwo jego rejestracji znacznie niższym niż trafienie głównej wygranej na loterii.
Jak zauważa dr Niladri Sahoo z University of Birmingham, przewodniczący grupy roboczej Very Rare Decays w eksperymencie LHCb, równoległe, rekordowo precyzyjne zmierzenie pokrewnego kanału rozpadu dostarcza bezprecedensowo czułego testu Modelu Standardowego, wyznaczając twarde ograniczenia dla hipotetycznych cząstek wykraczających poza jego ramy.
Mezon Bd0 jest nietrwałym układem kwantowym składającym się z kwarku pięknego oraz antykwarku dolnego, spojonych oddziaływaniem silnym. O ile kwarki powszechne (górne i dolne) budują protony i neutrony tworzące znaną nam materię, o tyle ciężkie kwarki piękne występowały naturalnie jedynie w ułamkach miliardowych części sekundy po Wielkim Wybuchu.
Aby wytworzyć je współcześnie, fizycy zderzają protony z prędkościami bliskimi prędkości światła w tunelu Wielkiego Zderzacza Hadronów. Powstałe w ten sposób mezony żyją zaledwie około półtora bilionowej części sekundy, a powstałe w ultrazadkim rozpadzie miony istnieją przez około dwie milionowe części sekundy, po czym same rozpadają się m.in. na elektrony i pozytony.
Zarejestrowanie tego zjawiska stało się możliwe dzięki gruntownej modernizacji aparatury detektora LHCb, która skokowo zwiększyła częstość detekcji zderzeń, a także dzięki algorytmom uczenia maszynowego radykalnie odfiltrowującym szum tła. Kluczową rolę odegrał tu subdetektor VELO, umieszczony w odległości mniejszej niż szerokość palca od wiązki cząstek. Połączenie najświeższych danych z lat 2024–2025 z pomiarami zebranymi w latach 2011–2018 pozwoliło osiągnąć poziom istotności statystycznej 3,2 odchylenia standardowego (sigma), co oznacza prawdopodobieństwo przypadkowej fluktuacji tła na poziomie zaledwie 0,3 procent.
Choć do osiągnięcia złotego standardu fizyki (5 sigma) niezbędne będą kolejne serie pomiarowe po planowanych na lata 30. XXI wieku modernizacjach zderzacza, to jak podsumowuje dr Harry Cliff z University of Cambridge, kierujący zespołem analitycznym, fizycy po 42 latach poszukiwań zyskali twardy dowód, że uchylili drzwi do nieznanych dotąd reżimów energetycznych.
