Kvarkadabrin fokus: Razlika med razpadi nevtralnih in nabitih mezonov B

    Uvajamo novo rubriko “Kvarkadabrin fokus”, kjer bomo predstavljali nove znanstvene članke, ki so jih v uglednih revijah objavili raziskovalci iz Slovenije ali pa raziskovalci, ki so tako ali drugače povezani s Slovenijo. Serijo začenjamo s predstavitvijo izsledkov, ki jih je spomladi letos v reviji Nature predstavila mednarodna raziskovalna skupina Belle s sedežem v Tsukubi na Japonskem. Rezultate so sicer prvič predstavili že na ICHEP konferenci leta 2006. Meritve se ne ujemajo s teoretičnimi računi znotraj standardnega modela osnovnih delcev in interakcij. Rezultati tako lahko kažejo ali na pomanjkljivost teoretičnih izračunov ali pa na obstoj novih delcev. Članek v Nature je pospremil tudi komentar uglednega teoretičnega fizika Michaela Peskina z univerze Stanford. O pomenu rezultatov smo povprašali izr. prof. Boštjana Goloba s Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani in z oddelka F9 Instituta Jožef Stefan, Ljubljana, ki nam je prijazno odgovoril na spodnji spisek vprašanj.

    Kaj? (Referenca)
    “Difference in direct charge-parity violation between charged and neutral B meson decays”, Nature 452, 332-335 (20 March 2008)

    Kdo? (Avtorji)
    raziskovalci z Instituta Jožef Stefan, Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani, Univerze v Mariboru ter Univerze v Novi Gorici, skupaj s sodelavci s 47 ostalih institucij z vsega sveta vključeni v kolaboracijo Belle

    Kje? (“slovenska”, “evropska” ali “svetovna” raziskava?)
    Raziskava mednarodne skupine Belle, v Tsukubi na Japonskem, ki jo sestavlja okoli 300 članov iz vsega sveta. Lahko rečemo svetovna raziskava, v skupini sodeluje 12 slovenskih fizikov.

    Zakaj? (Kako bi izsledke razložili svoji babici, dedku, teti, stricu…?)
    Ob nastanku vesolja v velikem poku je po predvidevanjih nastala enaka količina snovi in anti-snovi. V dolgem razvoju vesolja je večina anti-snovi izginila, v današnjem vesolju pa najdemo izključno snov (delce, npr. protone) in nič anti-snovi (anti-delcev, npr. anti-protonov, ki so enaki kot protoni, a imajo nasproten električni naboj). Eden izmed razlogov za tak nesimetričen razvoj vesolja je rahla razlika med lastnostmi delcev in njihovih anti-delcev, ki jo strokovno imenujemo kršitev simetrije CP. Asimetrijo med razpadi delcev in anti-delcev merimo posebej natančno z detektorjem Belle v japonski Tsukubi. Vrsta meritev je že  potrdila razliko v njihovem obnašanju. A izmerjena kršitev simetrije CP ni dovolj velika, da bi lahko razložila popolno prevlado snovi nad anti-snovjo v vesolju. Kot kaže obstajajo dodatne, doslej še neodkrite razlike med delci in anti-delci. Natančne meritve razpadov delcev, imenovanih mezoni B, kažejo, da se asimetrija med razpadi električno nabitih mezonov in njihovih anti-delcev razlikuje od asimetrije med razpadi električno nevtralnih mezonov in njihovih anti-delcev. To pa je drugače, kot napoveduje teorija. Z drugimi besedami, natančna meritev kaže na to, da naše teoretično razumevanje razlik med delci in anti-delci ni popolno. Meritev predstavlja namig, da morda res obstajajo doslej neznani procesi in še neodkriti osnovni delci. Le-ti bi lahko bili odgovorni za večjo kršitev simetrije CP, kot smo jo izmerili doslej, s tem pa morda nudili popolnejši odgovor na vprašanje o razvoju vesolja.

    Kako? (Kje se je najbolj zatikalo?)
    Da izmerimo omenjeno asimetrijo med razpadi mezonov B in njihovih anti-delcev, moramo med vsemi razpadi teh mezonov izbrati nekatere, ki so izjemno redki. Le eden med 13 milijoni mezonov B razpade tako, da omogoča opisano meritev. Zato je potrebno z detektorjem zabeležiti ogromno število razpadov mezonov B (več sto milijonov) in med njimi poiskati tiste, ki so zanimivi za meritev. Na podlagi razpadnih produktov, ki jih zabeleži detektor, moramo nato določiti, ali je šlo za mezon B ali njegov anti-delec, ter končno določiti asimetrijo.

    Kam? (Naslednja velika stvar na vašem področju?)
    Doslej neznane delce lahko iščemo na dva načina. Ena od možnosti je uporaba pospeševalnikov delcev zelo visokih energij, kjer upamo, da bodo v trkih nastali še neodkriti delci. Taka možnost se odpira na trkalniku LHC (Large Hadron Collider) v CERN, Ženeva. Druga možnost je izjemno natančna meritev procesov med že poznanimi delci, kjer pa lahko odkrijemo odstopanja od napovedi teorije. Tudi to je lahko očiten znak, da imamo opravka z delci, ki v teoriji niso upoštevani. Ker so za to potrebne meritve velike natančnosti, v Tsukubi pripravljamo nadgraditev detektorja Belle (Super-Belle), ki bo omogočal meritve z doslej nedoseženo natančnostjo. Na ta način bomo še neodkrita dejstva v naravi iskali na oba, med seboj dopolnjujoča se načina.

    Deli