Η πρώτη ανίχνευση της εξαιρετικά σπάνιας διάσπασης ενός υποατομικού σωματιδίου έρχεται να προστεθεί στις ανακαλύψεις που έχουν πετύχει μέχρι σήμερα οι επιστήμονες, με τη βοήθεια του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN.

Πιο συγκεκριμένα, οι ερευνητικές ομάδες δύο πειραμάτων, του CMS και του LHCb, επιβεβαίωσαν από κοινού σε χθεσινό άρθρο τους στο περιοδικό Nature ότι για πρώτη φορά παρατήρησαν τη διάσπαση του «παράξενου» μεσονίου Β.

Το «παράξενο» μεσόνιο Β είναι ένα υποατομικό σωματίδιο, που αποτελείται από ένα παράξενο κουάρκ και ένα κάτω αντικουάρκ και διασπάται σε δύο μιόνια.

Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν επίσης τους θεωρητικούς υπολογισμούς με βάση το Καθιερωμένο Πρότυπο, τη θεωρία που περιγράφει τα συστατικά της ύλης και τις μεταξύ τους δυνάμεις εκτός της βαρύτητας, βρίσκοντας ότι το σωματίδιο διασπάται με συχνότητα 4 φορές στο δισεκατομμύριο. Μια συχνότητα που εξηγεί γιατί δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ πριν το φαινόμενο.

«Είναι εντυπωσιακό πόσο ακριβής αποδείχθηκε αυτή η θεωρητική πρόβλεψη, και ακόμη πιο εντυπωσιακό ότι η παρατήρηση έγινε πραγματικότητα», αναφέρει στο σάιτ του αμερικανικού εργαστηρίου Fermilab o Σέλντον Στόουν, καθηγητής στο πανεπιστήμιο Σίρακιουζ και μέλος της επιστημονικής ομάδας του LHCb. «Πρόκειται για έναν θρίαμβο των δύο πειραμάτων».

Τόσο το LHCb όσο και το CMS μελετούν τις ιδιότητες των σωματιδίων, αναζητώντας «ρωγμές» στο Καθιερωμένο Πρότυπο, την καλύτερη έως σήμερα περιγραφή της συμπεριφοράς της ύλης στο σύμπαν.

Ωστόσο, το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι ατελές, καθώς δεν μπορεί να εξηγήσει φαινόμενα όπως η συντριπτική υπεροχή της ύλης έναντι της αντιύλης ή η ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας. Οποιαδήποτε απόκλιση από τις προβλέψεις του μπορεί να είναι «σημάδι» άγνωστων μέχρι τώρα διαδικασιών στη φύση, όπως καινούριων σωματιδίων ή δυνάμεων που θα μπορούσαν να δώσουν απάντηση στα άλυτα ερωτήματα.

«Πολλές θεωρίες που έχουν προταθεί ως επεκτάσεις του Καθιερωμένου Μοντέλου προβλέπουν επίσης αύξηση τον ρυθμό διάσπασης του “παράξενου” μεσονίου Β», σημειώνει ο Τζόελ Μπάτλερ από το Fermilab.

«Επομένως, το νέο αποτέλεσμα μάς επιτρέπει να απορρίψουμε ή να περιορίσουμε σημαντικά τις παραμέτρους των περισσότερων από αυτές τις θεωρίες. Για να ευσταθεί, οποιοδήποτε θεωρητικό μοντέλο θα πρέπει να προβλέπει μια πολύ μικρή αύξηση, η οποία να μην ξεπερνά τα όρια σφάλματος των παρατηρήσεων».

Οι ερευνητές του LHC ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για τα σωματίδια που αποτελούνται από κάτω κουάρκ, επειδή μπορούν να ανιχνευθούν σχετικά εύκολα και έχουν σχετικά μεγάλο χρόνο «ζωής». «Από το 2006, ξέρουμε επίσης πως τα “παράξενα” μεσόνια Β μετασχηματίζονται στα αντίστοιχα αντιμεσόνια. Επομένως, η μελέτη τους θα μας βοηθήσει να ανακαλύψουμε τον μηχανισμό που έκανε την ύλη να επικρατήσει της αντιύλης», σημειώνει ο Στόουν.

Ο μηχανισμός αυτός παραμένει άγνωστος μέχρι τώρα, με συνέπεια να μην μπορεί να εξηγηθεί γιατί το σύμπαν αποτελεί στη συντριπτική του πλειονότητα από ύλη, ενώ η αντιύλη είναι εξαιρετικά σπάνια. Κι αυτό παρόλο που με τη Μεγάλη Έκρηξη παράχθηκαν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης.

Με την έναρξη των ακόμη ισχυρότερων συγκρούσεων στον επιταχυντή, ο οποίος έχει ήδη ξεκινήσει τη δεύτερη φάση λειτουργίας του, οι ερευνητές θα μετρήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τον ρυθμό διάσπασης του «παράξενου» μεσονίου Β. Τα αποτελέσματα που ανακοίνωσαν στο Nature προήλθαν από την ανάλυση δεδομένων που ανάγονται στο 2011 και το 2012.

Οι επιστήμονες ανίχνευσαν επίσης τη διάσπαση ενός ακόμη τύπου μεσονίου Β, το οποίο αποτελείται από ένα κάτω αντικουάρκ και ένα κάτω κουάρκ και διασπάται επίσης σε δύο μιόνια.

Ωστόσο, στη συγκεκριμένη περίπτωση ο ρυθμός διάσπασης είναι μικρότερος, με συχνότητα ένα στα 10 δισεκατομμύρια, κάτι που σημαίνει πως χρειάζονται περισσότερα δεδομένα για να επαληθεύσουν την ανακάλυψή τους.