10 milyarda 1: CERN'in çığır açan kaon bozunma keşfi yeni fiziği tetikliyor

10 milyarda 1: CERN'in çığır açan kaon bozunma keşfi yeni fiziği tetikliyor

CERN'deki araştırmacılar, temel parçacıklar ve etkileşimleri hakkındaki mevcut anlayışın ötesinde yeni fiziğin ortaya çıkarılmasının yolunu açabilecek, son derece nadir bir parçacık bozunma olayı gözlemlediler.

Bu bozunma son derece nadirdir; parçacık etkileşimlerini tanımlayan parçacık fiziğinin Standart Modeli'ne (SM) göre, her 10 milyar kaondan birinden azı bu özel bozunmaya uğrar.

NA62 deneyi, bu zor bulunan kaon bozunma sürecini tespit etmek ve incelemek için geliştirildi ve optimize edildi.

"Bu özel bozunma Standart Model'de son derece iyi tahmin ediliyor. Ve SM'nin ötesinde yeni fiziğin varlığını öngören çok çeşitli teorik modellere duyarlı. Bu nedenle, SM'den bir sapma ölçersek, bu yeni fiziğin açık bir işaretidir," dedi Birmingham Üniversitesi Parçacık Fiziği Profesörü Cristina Lazzeroni, Interesting Engineering'e (IE).

Kaon bozunmasını incelemek

Kaonlar, CERN'in Süper Proton Senkrotronu'ndan (SPS) gelen yüksek yoğunluklu bir proton demeti sabit bir hedefle çarpıştığında ve ikincil parçacıklardan oluşan bir akım ürettiğinde üretilir.

NA62 dedektörüne saniyede yaklaşık bir milyar parçacık yönlendirilir ve bunların yaklaşık %6'sı yüklü kaonlardır. Dedektör her bir kaonu titizlikle belirler ve verilerde eksik enerji olarak görünen nötrinoları hariç tutarak bozunma ürünlerini ölçer.

Lazzeroni IE'ye, "Kaonlar ve pionlar kuark içeren parçacıklardır. Kuarkların farklı tiplerde (yukarı, aşağı, garip, çekicilik, güzellik, üst) olması lezzet olarak adlandırılır." diyor.

"Bu bozunmanın nadirliği, içinde Z bozonu tarafından aracılık edilen ve bir pion ve nötrino üreten kuark lezzetinde bir değişiklik olması gerçeğiyle ilgilidir. Bu, yalnızca oldukça ayrıntılı bir süreçle gerçekleşebilir, bu nedenle nadirdir."

“Deneysel olarak, NA62 yüklü kaonu, yüklü piyonu algılar ancak 2 nötrinoyu algılamaz. Yani bu “bir parçacık içeri, bir parçacık dışarı ve başka hiçbir şey” türünden bir imzadır,” diye açıklıyor.

“Fikir, K+ ve pi+’yı ölçmek ve başka hiçbir şeyin gözden kaçmadığından veya kaybolmadığından veya algılanmadığından emin olmaktır. Kayıp veya algılanmayan parçacıklara sahip diğer K+ bozunma modları, ‘arka plan’ dediğimiz bir tür sahte olay olabilir. Bu yüzden NA62, dedektördeki her şeyi (nötrinolar hariç) veto etmek ve sinyale benzemeyen her şeyi reddetmek için büyük bir çaba sarf ediyor.”

Standart Modelden Sapmalar

Kaonların bir piyona ve iki nötrinoya bozunma oranı, her 100 milyar kaonda yaklaşık 13 kez ölçülmüştür. Bu, Standart Modelin (SM) öngörüleriyle uyumlu olsa da, beklenenden yaklaşık %50 daha yüksektir.

Bu tutarsızlık, bu bozunma olasılığını artıran bilinmeyen parçacıkların etkisini gösterebilir. Ancak, bu hipotezi doğrulamak için ek verilere ihtiyaç vardır.

Lazzeroni bu sonuç hakkında, "Şu anda, NA62 ölçümü hala SM ile uyumludur (yaklaşık 2sigmada)." diyor.

"Ancak, %50 daha yüksek deneysel değer, yeni fiziğin varlığına dair bir ipucu olabilir. Tutarsızlık gelecekte de devam ederse, bunun hangi belirli modele işaret edebileceğini söylemek için henüz çok erken. Genel olarak, yeni aracıların varlığına işaret edebilir (olası olanlardan bazıları Z' veya leptokuarklardır)."

NA62 deneyi aktif olarak daha fazla veri topluyor ve araştırmacılar önümüzdeki yıllarda bu bozunma sürecini etkileyen yeni fizik olasılığını doğrulamayı veya dışlamayı umuyor.

Kaynak: IE