Talking ScienceΣτο Καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, οι πιθανότητες να συμβεί αυτή η διάσπαση είναι μικρότερες από μία στα 10 δισεκατομμύρια.
Γενεύη, 25 Σεπτεμβρίου 2024. Σε ένα σεμινάριο που πραγματοποιήθηκε στο CERN αυτή την εβδομάδα, η συνεργασία του NA62 ανέφερε την ξεκάθαρη επιβεβαίωση της εξαιρετικά σπάνιας διάσπασης ενός θετικά φορτισμένου καονίου σε ένα θετικά φορτισμένο πιόνιο και ένα ζεύγος νετρίνο-αντινετρίνο. Πειράματα συμπεριλαμβανομένου του NA62 είχαν προηγουμένως μετρήσει και δει στοιχεία αυτής της διαδικασίας, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που μετρήθηκε με στατιστική σημασία πέντε τυπικών αποκλίσεων, ξεπερνώντας το όριο που παραδοσιακά απαιτείται για να διεκδικήσουμε μια ανακάλυψη στη σωματιδιακή φυσική.
Συμβολιζόμενη με K+→π+νν, αυτή η διάσπαση είναι από τις πιο σπάνιες διεργασίες σωματιδίων που έχουν παρατηρηθεί ποτέ: στο Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων, λιγότερο από ένα στα 10 δισεκατομμύρια θετικά φορτισμένα καόνια προβλέπεται να διασπαστούν με αυτόν τον τρόπο.
«Αυτή η παρατήρηση είναι το αποκορύφωμα ενός έργου που ξεκίνησε πριν από περισσότερο από μια δεκαετία», λέει ο εκπρόσωπος του NA62 Giuseppe Ruggiero. «Η αναζήτηση για εφέ στη φύση που έχουν πιθανότητες να συμβούν της τάξης του 10-11 είναι συναρπαστική και προκλητική. Μετά από αυστηρή και επίπονη δουλειά, είδαμε επιτέλους τη διαδικασία που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε το NA62 για να παρατηρεί».
Γιατί όμως οι φυσικοί αναζητούν μια διαδικασία που συμβαίνει τόσο σπάνια; Ο λόγος είναι ότι τα θεωρητικά μοντέλα προτείνουν ότι η διάσπαση K+→π+νν είναι εξαιρετικά ευαίσθητη σε αποκλίσεις από την πρόβλεψη του Καθιερωμένου Μοντέλου, καθιστώντας την μια από τις πιο ενδιαφέρουσες διαδικασίες αναζήτησης στοιχείων νέας φυσικής πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο.
Αναλύοντας δεδομένα που συλλέχθηκαν από τον ανιχνευτή NA62 μεταξύ 2016 και 2022, οι ερευνητές του NA62 μέτρησαν το κλάσμα του Κ+ που διασπάται με αυτόν τον τρόπο σε 13,0-2,9+3,3×10-11. Με σχετική ακρίβεια 25%, αυτή είναι η πιο ακριβής μέτρηση της διάσπασης Κ+→π+νν μέχρι σήμερα.
Το αποτέλεσμα είναι περίπου 50% μεγαλύτερο από την πρόβλεψη του τυπικού μοντέλου, αλλά είναι συμβατό με αυτό δεδομένης της συνολικής αβεβαιότητας. Με τη λήψη δεδομένων σε εξέλιξη, το NA62 πρόκειται να είναι σε θέση να δοκιμάσει την πιθανότητα νέας φυσικής σε αυτή τη διάσπαση μέσα στα επόμενα χρόνια.
«Η αναζήτηση για υπαινιγμούς νέας φυσικής σε αυτή τη διάσπαση απαιτεί περισσότερα δεδομένα, αλλά αυτό το αποτέλεσμα είναι ένα άλμα προς τα εμπρός και ενισχύει περαιτέρω το έντονο ενδιαφέρον για αυτή τη γραμμή έρευνας», λέει ο συντονιστής φυσικής του NA62, Karim Massri.
Στο πείραμα NA62, τα καόνια παράγονται χτυπώντας μια δέσμη πρωτονίων υψηλής έντασης από το Super Proton Synchrotron του CERN σε έναν ακίνητο στόχο. Ως αποτέλεσμα, σχεδόν ένα δισεκατομμύριο δευτερεύοντα σωματίδια παράγονται κάθε δευτερόλεπτο, και αυτά πετούν στον ανιχνευτή NA62. Από αυτά τα σωματίδια, περίπου το 6% είναι θετικά φορτισμένα καόνια. Το NA62 ανιχνεύει με ακρίβεια τα προϊόντα διάσπασης των καονίων, αναγνωρίζοντας και μετρώντας όλα τα σωματίδια που παράγονται εκτός από τα νετρίνα, των οποίων η παρουσία συνάγεται από την ενέργεια που λείπει.
Καθοριστικής σημασίας για αυτό το αποτέλεσμα ήταν τα δεδομένα από το 2021 και το 2022, τα οποία ελήφθησαν μετά την ολοκλήρωση των αναβαθμίσεων των ανιχνευτών που επέτρεψαν στο NA62 να λειτουργεί σε 30% υψηλότερες εντάσεις δέσμης. Σε συνδυασμό με βελτιώσεις στις τεχνικές ανάλυσης δεδομένων, αυτές οι αναβαθμίσεις υλικού επέτρεψαν τη συλλογή υποψήφιων σημάτων 50% πιο γρήγορα από πριν, ενώ πρόσθεσαν νέα εργαλεία για την καταστολή των διεργασιών στο παρασκήνιο που θα μπορούσαν να μιμηθούν την αποσύνθεση K+→π+νν.
«Αυτή η μέτρηση βασίζεται στον εντοπισμό της αποσύνθεσης K+ ένα στα 10 δισεκατομμύρια που είναι το σήμα μας και διασφαλίζοντας ότι δεν είναι μία από τις άλλες 9 999 999 999 διασπάσεις που μπορούν να μιμηθούν το σήμα», λέει ο επικεφαλής αναλυτής δεδομένων Joel Swallow. «Ολόκληρη η συνεργασία του NA62 κατέστησε δυνατό αυτό το σχεδόν αδύνατο αποτέλεσμα».
Σχετικά με το CERN:
Το CERN, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής Έρευνας, είναι ένα από τα κορυφαία εργαστήρια στον κόσμο για τη σωματιδιακή φυσική. Ο Οργανισμός βρίσκεται στα γαλλοελβετικά σύνορα, με έδρα τη Γενεύη. Τα κράτη μέλη του είναι: Αυστρία, Βέλγιο, Βουλγαρία, Τσεχία, Δανία, Φινλανδία, Γαλλία, Γερμανία, Ελλάδα, Εσθονία, Ουγγαρία, Ισραήλ, Ιταλία, Ολλανδία, Νορβηγία, Πολωνία, Πορτογαλία, Ρουμανία, Σερβία, Σλοβακία, Ισπανία, Σουηδία, Ελβετία και το Ηνωμένο Βασίλειο. Η Κύπρος, η Εσθονία και η Σλοβενία είναι συνδεδεμένα κράτη μέλη στο προ στάδιο της ένταξης. Η Κροατία, η Ινδία, η Λετονία, η Λιθουανία, το Πακιστάν, η Τουρκία και η Ουκρανία είναι συνδεδεμένα κράτη μέλη. Η Ιαπωνία και οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής έχουν επί του παρόντος καθεστώς Παρατηρητή, όπως και η Ευρωπαϊκή Ένωση και η UNESCO. Το καθεστώς παρατηρητή της Ρωσικής Ομοσπονδίας και του JINR αναστέλλεται σύμφωνα με τα ψηφίσματα του Συμβουλίου του CERN της 8ης Μαρτίου 2022 και της 25ης Μαρτίου 2022, αντίστοιχα.
