CERN po 40 metų paieškų aptiko itin reto dalelės virsmo požymių: vos kartą iš 10 milijardų

Sekite TechNaujienos Google

Europos branduolinių tyrimų organizacijos CERN mokslininkai paskelbė aptikę naujų požymių apie dalelės virsmą, kurio tikimybė tokia maža, kad jis turėtų įvykti maždaug kartą iš 10 milijardų atitinkamų dalelių irimų. Daugiau nei keturis dešimtmečius ieškotas signalas svarbus dėl galimybės itin tiksliai tikrinti šiuolaikinės fizikos teorijas.

Lapkričio 3 d. oficialiai paskelbtame CERN pranešime LHCb bendradarbiavimo grupė nurodė aptikusi B_d mezono virsmo į miuono ir antimiuono porą požymių. Dviejų naujų dalelių atsiradimas iš pradinio mezono yra itin retas procesas, kurio ieškant būtina atskirti signalą nuo milžiniško skaičiaus dažnesnių susidūrimų.

Tyrėjai naujausių 2024–2025 m. duomenų analizėje pasiekė maždaug 3 standartinių nuokrypių reikšmingumą. Sujungus juos su ankstesnių metų stebėjimais rezultatas padidėjo iki 3,2 sigma. Dalelių fizikoje tai laikoma pakankamu lygiu kalbėti apie požymius, tačiau oficialiai atradimui paprastai reikia gerokai stipresnio – 5 sigma – patvirtinimo.

Ką fizikai iš tiesų aptiko?

Šio skirtumo nesupratus gali susidaryti klaidingas įspūdis, kad CERN jau atrado visiškai naują dalelę. Iš tikrųjų aptikti ne naujo objekto, o standartinio modelio prognozuojamo labai reto proceso požymiai. Jeigu būsimuose matavimuose proceso dažnis reikšmingai skirtųsi nuo teorijos, tai galėtų signalizuoti apie dar nežinomą fiziką.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 57 minutės

10 trilijonų operacijų per sekundę ir mažiau nei 3 W: naujas DI lustas skirtas robotams ir dronams

4 min. skaitymo • prieš 57 minutės

Lustų gamintojas „Lattice“ paskelbė apie 118 proc. pajamų šuolį: DI paklausa keičia rinką

4 min. skaitymo • prieš 57 minutės

DI duomenų centrų paklausa išaugino „onsemi“ pajamas 175 proc.: paskelbtas ir 5,7 mlrd. dolerių sandoris

Visi naujausi straipsniai →

B_d mezonas sudarytas iš grožio kvarko ir antidalelės – žemyninio antikvarko. Jų sąveikos metu pradinė sistema gali virsti dviem priešingo elektrinio krūvio miuonais. Miuonai panašūs į elektronus, tačiau yra gerokai sunkesni. Tokie įvykiai gali būti itin svarbūs net tada, kai jų įvyksta beveik neįsivaizduojamai mažai.

Tai galima paaiškinti analogija: mokslininkai ieško kelių labai specifinių signalų milžiniškame duomenų sraute, kuriame dauguma įvykių primena foninį triukšmą. Klaidingai priskirtas fonas gali sukurti iliuziją, kad matomas naujas fizinis reiškinys. Dėl to rezultatui prireikia išsamios statistikos, nepriklausomų patikrų ir skirtingų duomenų rinkinių.

Vienas techninių sėkmės veiksnių – LHCb detektoriaus atnaujinimas, leidęs nuo 2024 m. surinkti duomenis maždaug penkis kartus greičiau nei ankstesniame veiklos etape. Geresnis dalelių atskyrimas ir mašininio mokymosi metodai sumažino foninių procesų poveikį. Tai puikus pavyzdys, kaip pažangus duomenų apdorojimas atveria galimybę aptikti beveik nematomus fizikos signalus.

Ankstesnėse analizėse buvo užsiminta apie tokį virsmą, bet vėliau duomenys jo nepatvirtino pakankamai tvirtai. Šį kartą LHCb turi naujesnius detektoriaus duomenis ir daugiau statistikos, todėl rezultatas stipresnis. Tačiau atsargumas išlieka svarbus: CERN pats pabrėžia, kad galutinio stebėjimo dar reikia sulaukti.

Kodėl 3,2 sigma dar nėra galutinis atradimas?

Tarptautinei tyrėjų grupei reikėjo atpažinti dvi susidariusias daleles, atkurti jų savybes ir įvertinti, kiek panašių signalų galėtų atsirasti atsitiktinai. Būtent dėl tokio sudėtingumo modernus dalelių eksperimentas yra ir didžiulis duomenų analizės bei inžinerijos projektas, ne vien mokslininkų darbas prie greitintuvo.

Kodėl tai svarbu Lietuvos mokslui? Lietuvos universitetų ir tyrėjų bendruomenė aktyviai bendradarbiauja su Europos branduolinių tyrimų infrastruktūra. Neseniai aprašėme CERN vadovo vizitą Lietuvoje. Pažangūs tokie matavimai taip pat reikalauja elektronikos, programavimo ir duomenų mokslo specialistų.

Ankstesniame straipsnyje aiškinome greitintuvo modernizavimo planus. Numatyti ateities patobulinimai padės surinkti dar daugiau dalelių susidūrimų duomenų, didinant galimybę ateityje pasiekti 5 sigma ribą.

Ateityje daugiau duomenų bus gaunama ne vien pagreitinus dalelių srautą, bet ir tobulinant jutiklių elektroniką bei analizės algoritmus. Kai ieškomas procesas pasitaiko vos kelis kartus iš milijardų, detektoriaus jautrumas ir gebėjimas patikimai atskirti miuonus nuo kitų pėdsakų tampa kritiškai svarbūs. Net nedidelis tokio atskyrimo pagerinimas gali reikšmingai padidinti tikimybę pastebėti signalą.

Mokslininkai taip pat galės palyginti naujus rezultatus su kitų eksperimentų stebėjimais. Nepriklausomas patvirtinimas padeda atmesti specifines matavimo arba duomenų analizės klaidas. Todėl kol kas svarbiausias pasiekimas – geresni įrodymai apie itin retą, teoriškai numatytą procesą, o ne paskelbta nauja fizikos paradigma.

Šiuo metu rezultatas dera su standartinio modelio prognozėmis. Tai savaime nėra įrodymas, kad fizikai atrado naują jėgą ar nepažintą materijos dalį. Tačiau būtent tokios retos reakcijos gali atskleisti net menkus teorijos neatitikimus, kai tiesioginiai eksperimentai nepajėgia sukurti sunkesnių dalelių.

Nuotrauka: Science and Technology Facilities Council / Kathleen Yurkewicz, Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0. Tikras LHCb detektoriaus kadras, ne naujojo dalelių virsmo nuotrauka.