CERN: Το κορυφαίο quark επιβεβαιώνει την «παλιά φυσική» …
 |
| Η ακτινοβολία από την διάσπαση των προϊόντων ενός πολωμένου κορυφαίου κουάρκ ακολουθεί μοτίβα σαν αυτά που φαίνονται στην παραπάνω εικόνα. Η μελέτη της ακτινοβολίας χρησιμοποιώντας έναν νέο τρόπο ανάλυσης οδηγεί στην μέτρηση των ιδιοτήτων του κορυφαίου κουάρκ. |
Πέντε θεμελιώδεις παράμετροι μέσα από την διάσπαση του κορυφαίου κουάρκ
Για πολλούς φυσικούς η διατύπωση της «νέας φυσικής» συνδέεται με την ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου. Ένα διαφορετικό μονοπάτι που μπορεί να οδηγήσει σε νέες θεωρίες είναι οι λεπτομερείς μετρήσεις των ιδιοτήτων ήδη γνωστών σωματιδίων και των αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους. Το πείραμα ATLAS δημοσίευσε νέα αποτελέσματα σχετικά με την αλληλεπίδραση του κορυφαίου (top) κουάρκ με το φορτισμένο μποζόνιο W (φορέα των ασθενών αλληλεπιδράσεων).
Ενώ το μποζόνιο Higgs, που διέφευγε των ανιχνευτών μέχρι το 2012, είναι ασφαλώς το πιο ενδιαφέρον στοιχειώδες σωματίδιο, το κορυφαίο κουάρκ είναι χωρίς αμφιβολία το νούμερο δύο. Το κορυφαίο κουάρκ είναι βαρύτερο από το μποζόνιο Higgs – έχει περίπου την ίδια μάζα με έναν πυρήνα χρυσού. Ο ρυθμός παραγωγής των κορυφαίων κουάρκ στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) είναι πλέον πολύ μεγάλος, το υπόβαθρο πολύ χαμηλό και οι μετρήσεις ακριβείας σχετικές με το κορυφαίο κουάρκ έχουν πολλαπλασιαστεί.
Στην πρόσφατη δημοσίευση [https://arxiv.org/abs/1707.05393] οι ερευνητές του πειράματος ATLAS παρουσίασαν τα αποτελέσματα της έρευνας όσον αφορά τις διασπάσεις πολωμένων κορυφαίων κουάρκ. Η πόλωση προκύπτει όταν τα κορυφαία κουάρκ παράγονται μεμονωμένα διαμέσου της ασθενούς αλληλεπίδρασης που παραβιάζει την ομοτιμία (parity), και όχι σε ζεύγη διαμέσου της ισχυρής αλληλεπίδραση που διατηρεί την ομοτιμία.
Εννέα διαφορετικά μοτίβα διάσπασης, σαν αυτά που φαίνονται στο σχήμα 1, παρατηρήθηκαν στις διασπάσεις του κορυφαίου κουάρκ, παρόμοιες με τα μοτίβα εκπομπής ακτινοβολίας από κεραίες. Αυτές οι δομές εξαρτώνται από πέντε θεμελιώδεις σταθερές (συμβολίζονται ως f1, f1+, f0+, δ– και Ρ), οι οποίες καθορίζουν την αλληλεπίδραση μεταξύ του κορυφαίου κουάρκ, τον σύντροφό του-το χαμηλό (bottom) κουάρκ και το φορτισμένο ασθενές μποζόνιο (W±).
Η τρέχουσα αποδεκτή θεωρία υποστηρίζει πως τα ζεύγη των κορυφαίων κουάρκ πρέπει να είναι «αριστερόστροφα» όπως και αυτά των άλλων κουάρκ, και ότι το κορυφαίο κουάρκ είναι ταυτόσημο με το αντισωματίδιό του, το κορυφαίο αντικουάρκ. Οι νέες μετρήσεις ελέγχουν αυτές τις θεωρήσεις.
Μελετώντας τα μοτίβα της πλήρους πολυδιάστατης διάσπασης, το πείραμα ATLAS μέτρησε συγχρόνως πολλές ιδιότητες της αλληλεπίδρασης κορυφαίου κουάρκ-χαμηλού κουάρκ-μποζονίου W και χωρίς να ληφθούν υπόψη κάποιες από τις υποθέσεις που γίνονταν στο παρελθόν. Η ανάλυση είναι γνωστή και για την πολυπλοκότητά της και την αποτελεσματικότητά της. Τα αποτελέσματα φαίνονται στο σχήμα 2.
Σχήμα 2: Το διάγραμμα δείχνει την ένταση του κάθε μοτίβου της ακτινοβολίας, σαν αυτά που φαίνονται στο σχήμα 1. Τα σημεία με τα σφάλματα είναι οι μετρήσεις. Η κόκκινη συνεχής γραμμή εκφράζει αυτό που αναμένεται από το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής. Οι μετρήσεις βρίσκονται σε πολύ καλή συμφωνία με το Καθιερωμένο Πρότυπο.
Προσδιορίστηκαν πέντε θεμελιώδεις σταθερές από τις παρατηρηθείσες διασπάσεις. Η τέταρτη από αυτές, η δ-, ποσοτικοποιεί την ασυμμετρία ύλης-αντιύλης κατά την διάσπαση του κορυφαίου κουάρκ. Είναι συνεχώς μηδέν, κάτι που συμφωνεί με την τρέχουσα θεωρία της φυσικής των σωματιδίων.
Σοκαριστικό; Ίσως – αλλά οι φυσικοί σιγά-σιγά συνηθίζουν στην ιδέα ότι το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι μια εξαιρετική περιγραφή της φύσης.
Η ανάλυση χρησιμοποίησε τα δεδομένα από τις συγκρούσεις πρωτονίων-αντιπρωτονίων στα 8 TeV, που συλλέχθηκαν στον LHC το 2012. Οι φυσικοί εφαρμόζουν τώρα πιο εξειδικευμένες τεχνικές σε δεδομένα που συλλέγονται σήμερα στο CERN, από συγκρούσεις σε μια υψηλότερη ενέργεια κέντρου μάζας στα 13 TeV.
Ίσως οι μελλοντικές μετρήσεις με μεγαλύτερη ακρίβεια να μπορέσουν τελικά να αποκαλύψουν τις πολυπόθητες (και αναμενόμενες) αποκλίσεις από το Καθιερωμένο Πρότυπο.
πηγή: https://atlas.cern/updates/physics-briefing/5-fundamental-parameters-top-quark-decay
Για πολλούς φυσικούς η διατύπωση της «νέας φυσικής» συνδέεται με την ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου. Ένα διαφορετικό μονοπάτι που μπορεί να οδηγήσει σε νέες θεωρίες είναι οι λεπτομερείς μετρήσεις των ιδιοτήτων ήδη γνωστών σωματιδίων και των αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους. Το πείραμα ATLAS δημοσίευσε νέα αποτελέσματα σχετικά με την αλληλεπίδραση του κορυφαίου (top) κουάρκ με το φορτισμένο μποζόνιο W (φορέα των ασθενών αλληλεπιδράσεων).
Ενώ το μποζόνιο Higgs, που διέφευγε των ανιχνευτών μέχρι το 2012, είναι ασφαλώς το πιο ενδιαφέρον στοιχειώδες σωματίδιο, το κορυφαίο κουάρκ είναι χωρίς αμφιβολία το νούμερο δύο. Το κορυφαίο κουάρκ είναι βαρύτερο από το μποζόνιο Higgs – έχει περίπου την ίδια μάζα με έναν πυρήνα χρυσού. Ο ρυθμός παραγωγής των κορυφαίων κουάρκ στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) είναι πλέον πολύ μεγάλος, το υπόβαθρο πολύ χαμηλό και οι μετρήσεις ακριβείας σχετικές με το κορυφαίο κουάρκ έχουν πολλαπλασιαστεί.
Στην πρόσφατη δημοσίευση [https://arxiv.org/abs/1707.05393] οι ερευνητές του πειράματος ATLAS παρουσίασαν τα αποτελέσματα της έρευνας όσον αφορά τις διασπάσεις πολωμένων κορυφαίων κουάρκ. Η πόλωση προκύπτει όταν τα κορυφαία κουάρκ παράγονται μεμονωμένα διαμέσου της ασθενούς αλληλεπίδρασης που παραβιάζει την ομοτιμία (parity), και όχι σε ζεύγη διαμέσου της ισχυρής αλληλεπίδραση που διατηρεί την ομοτιμία.
Εννέα διαφορετικά μοτίβα διάσπασης, σαν αυτά που φαίνονται στο σχήμα 1, παρατηρήθηκαν στις διασπάσεις του κορυφαίου κουάρκ, παρόμοιες με τα μοτίβα εκπομπής ακτινοβολίας από κεραίες. Αυτές οι δομές εξαρτώνται από πέντε θεμελιώδεις σταθερές (συμβολίζονται ως f1, f1+, f0+, δ– και Ρ), οι οποίες καθορίζουν την αλληλεπίδραση μεταξύ του κορυφαίου κουάρκ, τον σύντροφό του-το χαμηλό (bottom) κουάρκ και το φορτισμένο ασθενές μποζόνιο (W±).
Η τρέχουσα αποδεκτή θεωρία υποστηρίζει πως τα ζεύγη των κορυφαίων κουάρκ πρέπει να είναι «αριστερόστροφα» όπως και αυτά των άλλων κουάρκ, και ότι το κορυφαίο κουάρκ είναι ταυτόσημο με το αντισωματίδιό του, το κορυφαίο αντικουάρκ. Οι νέες μετρήσεις ελέγχουν αυτές τις θεωρήσεις.
Μελετώντας τα μοτίβα της πλήρους πολυδιάστατης διάσπασης, το πείραμα ATLAS μέτρησε συγχρόνως πολλές ιδιότητες της αλληλεπίδρασης κορυφαίου κουάρκ-χαμηλού κουάρκ-μποζονίου W και χωρίς να ληφθούν υπόψη κάποιες από τις υποθέσεις που γίνονταν στο παρελθόν. Η ανάλυση είναι γνωστή και για την πολυπλοκότητά της και την αποτελεσματικότητά της. Τα αποτελέσματα φαίνονται στο σχήμα 2.
Σχήμα 2: Το διάγραμμα δείχνει την ένταση του κάθε μοτίβου της ακτινοβολίας, σαν αυτά που φαίνονται στο σχήμα 1. Τα σημεία με τα σφάλματα είναι οι μετρήσεις. Η κόκκινη συνεχής γραμμή εκφράζει αυτό που αναμένεται από το Καθιερωμένο Πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής. Οι μετρήσεις βρίσκονται σε πολύ καλή συμφωνία με το Καθιερωμένο Πρότυπο.
Προσδιορίστηκαν πέντε θεμελιώδεις σταθερές από τις παρατηρηθείσες διασπάσεις. Η τέταρτη από αυτές, η δ-, ποσοτικοποιεί την ασυμμετρία ύλης-αντιύλης κατά την διάσπαση του κορυφαίου κουάρκ. Είναι συνεχώς μηδέν, κάτι που συμφωνεί με την τρέχουσα θεωρία της φυσικής των σωματιδίων.
Σοκαριστικό; Ίσως – αλλά οι φυσικοί σιγά-σιγά συνηθίζουν στην ιδέα ότι το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι μια εξαιρετική περιγραφή της φύσης.
Η ανάλυση χρησιμοποίησε τα δεδομένα από τις συγκρούσεις πρωτονίων-αντιπρωτονίων στα 8 TeV, που συλλέχθηκαν στον LHC το 2012. Οι φυσικοί εφαρμόζουν τώρα πιο εξειδικευμένες τεχνικές σε δεδομένα που συλλέγονται σήμερα στο CERN, από συγκρούσεις σε μια υψηλότερη ενέργεια κέντρου μάζας στα 13 TeV.
Ίσως οι μελλοντικές μετρήσεις με μεγαλύτερη ακρίβεια να μπορέσουν τελικά να αποκαλύψουν τις πολυπόθητες (και αναμενόμενες) αποκλίσεις από το Καθιερωμένο Πρότυπο.
πηγή: https://atlas.cern/updates/physics-briefing/5-fundamental-parameters-top-quark-decay
Σχόλια
Δημοσίευση σχολίου