Olyan részecskebomlásra sikerült bizonyítékot találniuk a kutatóknak, ami tízmilliárdból csak egyszer történik meg.
Hatalmas lépést tett a tudomány annak megértése felé, hogy mi történhetett az ősrobbanás után, hol rejtőzködhet az univerzumban a sötét anyag, és egyáltalán: miért létezik a „normál” anyag?
Ahogyan az olyan eszközök, mint például a CERN Nagy Hadronütköztetője (LHC) egyre érzékenyebbé válnak, úgy tudnak a tudósok egyre mélyebbre hatolni a valóság szerkezetének feltárásában. Az úgynevezett zeptoverzum – ez az atomoknál milliárdszor kisebb tartományt jelenti – olyan, még fel nem fedezett részecskéket vagy erőket rejthet, amelyeknél olyan kvantumfolyamatok mehetnek végbe, amelyek az univerzumot formálják, miközben elképzelhetetlenül rövid idő alatt zajlanak le.
Több mint 40 év után a tudósoknak most sikerült bizonyítékot találniuk egy megfoghatatlan és rendkívüli mértékben instabil részecske-bomlási folyamatra.
Egy amerikai labor friss eredményei új megvilágításba helyezik a fizika egyik alapvető kérdését: a barionszám-megmaradás eredetét. A nemzetközi kutatásban az ELTE kutatócsoportja is közreműködött, hozzájárulva ahhoz az eredményhez, amely közelebb vihet az univerzum anyagának eredetét meghatározó folyamatok megértéséhez.
Az arXiv preprint szerveren közzétett tanulmány szerint a most vizsgálattal bebizonyított esemény egy szépség-kvark esetében tízmilliárdból egyszer fordul elő, vagyis jóval kisebb az esély a bekövetkezésére, mint megnyerni a lottó főnyereményét.
A kísérletet az LHCb (Large Hadron Collider Beauty) detektorral végezték. Az ilyen részecskefizikai jelenségek pontosabb vizsgálata egy nemrég elvégzett fejlesztésnek köszönhető, amely jelentősen növelte a részecskeütközések észlelési arányát, továbbá gépi tanulási technikák alkalmazásával javította a jel-zaj arányt. Korábban a zaj elnyomta az ilyen megfigyelési kísérletek eredményeit.
A kutatók mostani felfedezés egy olyan részecskéhez, az úgynevezett Bd-mezonhoz kapcsolódik, ami két részre, egy müonra és egy antimüonra bomlik szét.
A szóban forgó mezon két különleges részecskéből áll: egy úgynevezett „beauty” (b, szépség) kvarkból és egy „down” (d, le) antikvarkból. Innen a mezon Bd elnevezése is.
A kvarkokból hatféle létezik (fel, le, bájos, furcsa, felső és alsó), amelyek közül kettő, a fel és a le hármas csoportokba rendeződve alkotják a neutronokat és a protonokat. A többi kvark egzotikusabb természetű, ám elengedhetetlen a világegyetem legnagyobb rejtélyeinek feltárásához.
A b-kvarkok gyakoriak voltak az ősrobbanást követő forró, sűrű közegben, mára azonban természetes körülmények között nem fordulnak elő. A mostani vizsgálat éppen ezért óriási eredmény, ugyanis az ehhez szükséges kvarkokat a semmiből hozták létre.
Először protonokat ütköztettek egymással fénysebességhez közeli sebességgel, ami részecskék záporát hozta létre. Ebben számos b-kvark és d-antikvarok is volt. Mivel ezek nem „szeretnek” egyedül lenni, az erős kölcsönhatás révén – amely a kvarkokat a protonokon és neutronokon belül is összetartja – szinte azonnal kapcsolódnak egymáshoz – magyarázza a Science Alert.
Ezek a mezonok azonban rendkívül rövid életűek, a másodperc billiomod része alatt elbomlanak. Ezen bomlások közül azonban csak minden tízmilliárdodik hozza azt az eredményt, amire a kutatóknak szüksége volt. Nevezetsen: egy müon és egy antimüon jön létre. Maguk a müonok mindössze körülbelül kétmilliomod másodpercig „élnek”, mielőtt elektronokká, pozitronokká és más részecskékké bomlanának.
Egy ilyen jelenség bebizonyításához arra van szükség, hogy csupán 0,3 százalék legyen az esélye annak, hogy az eredmény a véletlen műve. Ezt a kritériumot a kutatóknak sikerült teljesíteniük.
Az eredmények összhangban állnak az univerzum standard modelljével. Bár ez a modell világegyetem nagy részét megmagyarázza, nem ad választ a sötét anyag mibenlétére, sem arra az enyhe aszimmetriára, amely az anyag és az antianyag között áll fenn – márpedig épp ez az aszimmetria akadályozta meg, hogy az ősrobbanást követően a teljes kozmosz egyetlen energiavillanás kíséretében megsemmisüljön.
A tudósok sokáig úgy gondolták, hogy az ősrobbanás után keletkezett kvark-gluon plazma gáz halmazállapotú volt, most azonban kiderült, tévedtek.
A kutatás egy izgalmas lehetőséget is felvet: elképzelhető, hogy az új fizikai jelenségek felfedezése nem közvetlenül egy új részecske LHC-beli előállításán, hanem közvetett bizonyítékokon – például eltérő bomlási arányokon – keresztül történik majd.
Hasonló módon fedezték fel korábban a bájos (charm) kvarkot és a felső (top) kvarkot is. Utóbbi a legnehezebb kvark, amelynek tömege nagyjából egy teljes aranyatoméval vetekszik.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos felfedezésekről is hírt adó Facebook-oldalát.
Hogyan keverhetjük össze a saját vágyainkat a családi, társadalmi és környezeti elvárásokkal?
