აღმოაჩინეს მტკიცებულება ნაწილაკთა უიშვიათესი დაშლისა, რომელიც ათ მილიარდ შემთხვევაში ერთხელ ხდება — #1tvმეცნიერება
შესაძლოა წარმოუდგენლად პატარა ნაბიჯით მივუახლოვდით სამყაროს ყველაზე არსებით კითხვებზე პასუხებს; მათ შორის, რა მოხდა დიდი აფეთქებისთანავე, სად იმალება ბნელი მატერია და საერთოდ რატომ არსებობს ნორმალური მატერია.
ნაწილაკების კოლაიდერების მზარდი მგრძნობელობა, როგორიცაა CERN-ის დიდი ადრონული კოლაიდერი (LHC), მკვლევრებს საშუალებას აძლევს, ჩვენი რეალობის სტრუქტურაში უპრეცედენტოდ ღრმად ჩაიხედონ.
მას „ზეპტოვერსს“ უწოდებენ და შესაძლოა, მასში იყრიდეს თავს ჯერ აღმოუჩენელი ნაწილაკები ან არსებობდეს ძალები ზეპტომეტრის მასშტაბებზე, ადამიანის თმის ღერზე ათასობით ტრილიონჯერ უფრო თხელი და კოსმოსის ფორმირების განმაპირობებელი კვანტური პროცესები, რომლებიც დროის წარმოუდგენლად მცირე მონაკვეთებში მიმდინარეობს.
თითქმის 40-წლიანი ძალისხმევის შემდეგ, მეცნიერებმა ზეპტოვერსის კარზე მიაკაკუნეს და წარმოადგინეს ექსპერიმენტული მტკიცებულება ნაწილაკთა დაშლის ისეთი ტიპისა, რომელიც უკიდურესად ძნელად აღმოსაჩენი და არამდგრადია.
3 ნოემბერს გამართულ სემინარზე და arXiv-ზე გამოქვეყნებულ ჯერ არარეცენზირებულ პუბლიკაციაში, დიდი ადრონული კოლაიდერი (LHC) კოლაბორაცია ამ ფენომენის მტკიცებულების შესახებ იუწყება.
ვარაუდობენ, რომ ეს „მშვენება“ ნაწილაკის დაშლასთან დაკავშირებულ ათ მილიარდ მოვლენაში მხოლოდ ერთხელ ხდება — ალბათობა, რომელიც გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე ლატარიაში მოგების შანსი.
„ეს პოტენციური აღმოჩენა და ადრე დაფიქსირებული „დედმამიშვილური“ დაშლის გაცილებით ზუსტი გაზომვა გვთავაზობს სტანდარტული მოდელის მძლავრ ახალ ტესტს ფანჯარას გვიხსნის პოტენციურად ახალ ფიზიკაში“, — განმარტავს ბირმინგემის უნივერსიტეტის ნაწილაკთა ფიზიკოსი ნილადრი საჰუ.
ექსპერიმენტი ჩატარდა Large Hadron Collider Beauty-ში (LHCb) — ნაწილაკებზე მონადირე პროექტში, რომელიც მიწისქვეშ, დიდი ადრონული კოლაიდერის გასწვრივაა განთავსებული.
ახლა უკვე შესაძლებელია ნაწილაკების ფიზიკის ისეთი იშვიათი მოვლენების მიკვლევა, რომელთა ძიებაც ჯერ კიდევ 1980-იანი წლებიდან მიმდინარეობს, რაც განაპირობა სისტემის ბოლოდროინდელმა განახლებამ. ამ განახლებამ მნიშვნელოვნად გაზარდა ნაწილაკთა შეჯახების დაფიქსირების სიხშირე; ამასთანავე, მანქანური სწავლების მეთოდების გამოყენებამ ხელი შეუწყო „სიგნალისა და ხმაურის თანაფარდობის“ გაუმჯობესებას — რაც გადამწყვეტია, რადგან მანამდე სწორედ ხმაური ფარავდა მსგავსი დაკვირვების მცდელობებს.
ექსპერიმენტი LHCb დაშლას აფიქსირებს ისეთი ინსტრუმენტების გამოყენებით, როგორიცაა დეტექტორი VELO, რომელიც ნაწილაკების ნაკადისგან თითის სიგანეზე ნაკლები მანძილითაა მოხერხებულად განთავსებული, რათა უკეთ დაკვირვებოდა ეგზოტიკურ ნაწილაკთა იმ მრავალფეროვნებას, რომელიც სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით მომხდარი შეჯახებების შედეგად წარმოიქმნება.
ამიტომ, მეცნიერთა დიდი მიღწევაა Bd მეზონად წოდებული ნაწილაკის მიუონად და ანტიმიუონად დაშლის შესაძლო აღმოჩენა.
საეჭვო მეზონი შედგება ორი უცნაური ნაწილაკისგან, რომელსაც მშვენება კვარკს და ქვედა ანტიკვარკს უწოდებენ.
კვარკებს ექვსი სახეობა (ე.წ. „არომატი“) გააჩნიათ; მათგან ორი — ზედა (up) და ქვედა (down) კვარკები — სამეულებად ერთიანდება და ნეიტრონებსა თუ პროტონებს ქმნის.
დანარჩენი კვარკები უფრო ეზოთერული ხასიათისაა, თუმცა აუცილებელია სამყაროს უდიდესი საიდუმლოებების შესასწავლად.
შესაბამისად, „მშვენება კვარკები“ ხშირად გვხვდებოდა დიდი აფეთქების შემდგომ არსებულ მასალათა „წვნიანში“ — შესაძლოა მაშინ, როდესაც კოსმოსის ასაკი წამის მხოლოდ მეასე მილიარდედ ნაწილს შეადგენდა, — თუმცა დღეს ისინი ბუნებრივად აღარ არსებობს.
მაშ, საიდან მოიპოვეს მკვლევრებმა „მშვენება“ კვარკი, რათა მეზონი შეექმნათ და მთელი ეს პროცესი წამოეწყოთ?
მათ ეს კვარკები ნულიდან შექმნეს.
პირველ რიგში, მათ პროტონები თითქმის სინათლის სიჩქარით შეაჯახეს, რამაც ნაწილაკების ეფემერული ნაკადი წარმოქმნა, მათ შორის მრავალი „მშვენება“ კვარკი და ქვედა ანტიკვარკი, რომლებსაც მარტო ყოფნა არ მოსწონთ და ამიტომ, ისინი თითქმის მყისიერად ერთიანდებიან ძლიერი ბირთვული ურთიერთქმედების მეშვეობით — იმავე ძალის, რომელიც პროტონებსა და ნეიტრონებში კვარკებსაც აკავშირებს.
ამ მეზონებს წარმოუდგენლად ხანმოკლე სიცოცხლე აქვთ — ისინი წამის ერთ-ნახევარი ტრილიონედი წილის განმავლობაში იშლებიან. თუმცა, ამ „სილამაზით სავსე“ (beauty-ful) დაშლის პროცესებიდან მხოლოდ ყოველი ათი მილიარდიდან ერთი იძლევა სასურველ შედეგს — ენერგიისა და მასის შენახვის კანონის დასაცავად, კვანტური სამყაროს ენერგიიდან ჩნდებიან მიუონი და ანტიმიუონი.
თავად ეს მიუონები მხოლოდ დაახლოებით ორი მილიონედი წამი „ცოცხლობენ“, რის შემდეგაც იშლებიან ისეთ ნაწილაკებად, როგორიცაა ელექტრონები და პოზიტრონები.
მსგავსი მოვლენის არსებობის დასადასტურებლად საჭიროა სამი სტანდარტული გადახრის, ანუ „3 სიგმას“ დონის მნიშვნელოვანება, რაც იმას ნიშნავს, რომ შედეგის შემთხვევითი დამთხვევა (ცდომილება) 0,3 პროცენტის ალბათობით არის შესაძლებელი.
ეს უახლესი მტკიცებულებები, რომლებიც LHCb-ის ექსპერიმენტიდან (2024 და 2025 წლები) მომდინარეობს, 2011–2018 წლებში შეგროვებულ ადრინდელ მონაცემებთან ერთად, 3,2 სიგმას მნიშვნელოვანების საკმაოდ სოლიდურ დონეს იძლევა.
„ოქროს სტანდარტად“ მიჩნეული 5-სიგმა მნიშვნელოვანების დონის მისაღწევად და ამ დაშლის პროცესის დასადასტურებლად დამატებითი კვლევებია საჭირო. 2030-იან წლებში დაგეგმილი მოდერნიზაცია გაზრდის LHC-ში შეჯახებების რაოდენობას და მონაცემთა შეგროვების ტემპს კიდევ ერთი რიგით (ათჯერ) აამაღლებს.
როგორც მკვლევრები აჯამებენ, „ყველა შედეგი შესაბამისობაშია სტანდარტული მოდელის მოლოდინებთან და აწესებს შეზღუდვებს ახალი ფიზიკის წვლილისთვის ისეთ ენერგეტიკულ მასშტაბებზე, რომლებიც სცდება LHC-ზე პირდაპირი გენერირების გზით მიღწევად დიაპაზონს“.
ეს კი წარმოაჩენს, რომ ამ კვლევის შედეგები თანხვედრაშია სტანდარტულ მოდელთან, რომელიც ხსნის სამყაროს უმეტეს ნაწილს, მაგრამ ვერ ხსნის ბნელ მატერიას ან ოდნავ ასიმეტრიას ნორმალურ მატერიასა და ანტიმატერიას შორის, რამაც არ დაუშვა მთელი კოსმოსის მიერ საკუთარი თავის განადგურება (ანინჰილაცია) ენერგიის ფეთქებადი გამოვლინების სახით.
ეს ასევე გვაძლევს იმედისმომცემ მინიშნებას, რომ ახალი ფიზიკის აღმოჩენა შესაძლოა არ იყოს დამოკიდებული იმაზე, რომ LHC-მა უშუალოდ წარმოქმნას ახალი ნაწილაკი; პირიქით, ეს შეიძლება ეფუძნებოდეს არაპირდაპირ მტკიცებულებებს, რომლებიც შესაძლოა, სხვადასხვა დაშლის სიხშირეებში გამოვლინდეს.
ასე იყო წარსულში, „შარმი“ კვარკისა და ზემოთა“ კვარკის აღმოჩენისას; ამ უკანასკნელს, რომელიც კვარკებს შორის ყველაზე მძიმეა, დაახლოებით იმდენივე მასა აქვს, რამდენიც ოქროს მთლიან ატომს.
„ამ უიშვიათესი დაშლის აშკარა მტკიცებულების პირველად ხილვა ამაღელვებელი იყო. ახლა ზეპტოვერსის კარზე ვაკაკუნებთ. მოუთმენლად ველოდები, რას აღმოვაჩენთ სიღრმეების კვლევისას“, — ამბობს კემბრიჯის უნივერსიტეტის ნაწილაკების ფიზიკოსი, ანალიზების ჯგუფის ხელმძღვანელი ჰარი კლიფი.
პუბლიკაცია ხელმისაწვდომია arXiv-ზე.
მომზადებულია cam.ac.uk-ისა და ScienceAlert-ის მიხედვით.