Znaleźli to. Wreszcie.
Mezon Bc*. Nie tylko zwykły Bc+, ale jego „podekscytowany” kuzyn. Odkrycia dokonano w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN, w centrum badań nad zjawiskami o wysokiej jasności.
Oto jak to działa. Znasz protony i neutrony. Są to hadrony zbudowane z kwarków połączonych ze sobą dużą siłą, która działa jak klej, który nigdy nie wysycha. Zwykle wyróżnia się dwa rodzaje takich cząstek: bariony (składające się z trzech kwarków) i mezony (jeden kwark i jeden antykwark). Proste i czyste.
Ale nie zawsze.
Niektóre mezony mają dużą wagę. Zawierają kwarki powabne i dolne. Cząstki te służą jako szczury laboratoryjne w fizyce jądrowej, dając nam wgląd pod maskę silnego oddziaływania, czyli siły, która je łączy. Jednak nadal nie do końca rozumiemy, jak to dokładnie działa.
Mezon Bc+ jest wyjątkowy. W grę wchodzi dwóch ciężkich graczy: kwark powabny i antykwark powabny. Jednak zespół naukowców poszukiwał stanu wzbudzenia – mezonu Bc*.
Aby to zrobić, zderzyli protony z innymi protonami z ogromną energią.
Mezon Bc**+ jest niestabilny i kruchy. Rozpada się niemal natychmiast na Bc+ i foton. Jeśli widzisz razem foton i produkty rozpadu, masz dowód. Pistolet do palenia.
Problem w tym, że ten foton jest nieśmiały.
Różnica w masie jest niewielka. Tylko mały skok. W rezultacie powstający foton niesie zaniedbywalnie małą energię. Jest niewidoczny dla standardowych detektorów. Za cicho. Za mało energii.
Czy wiesz, że tutaj zawiodły standardowe metody identyfikacji fotonów? Detektory po prostu nie zwracały na nie uwagi.
Zespół eksperymentalny ATLAS musiał wykazać się kreatywnością. Szukali nie samego fotonu, ale jego „cienia”.
Zaobserwowali proces transformacji fotonu w parę elektron-pozyton wewnątrz detektora śladu. Spowodowało to pozostawienie dwóch linii toru wychodzących z tego samego punktu, ale przesuniętych w stosunku do pierwotnego punktu kolizji.
Były to tory niskoenergetyczne: pęd poprzeczny wynosił około 100 MeV, czyli poniżej progu, na który zwykle zwraca uwagę ATLAS. Aby je wykryć, naukowcy stworzyli specjalne narzędzie do rekonstrukcji i dedykowaną procedurę poszukiwania tych „duchów”.
I zadziałało.
Różnica mas wyniosła 64,5 MeV z błędem 1,4 MeV.
„Wartość mieści się w przewidywaniach teoretycznych” – stwierdzili. Nie pokrywa się to jednak idealnie z najnowszymi, bardzo precyzyjnymi obliczeniami. Ale wystarczająco blisko. Bardzo blisko.
Wynik ten napędza nasze modele. Nieco rozjaśnia to obraz silnego oddziaływania jądrowego. Być może nieznacznie. Być może to jeszcze nie wystarczy.
Artykuł ukazał się w czasopiśmie Physical Review Letters. Kolejna cegiełka w fundamencie wiedzy. kolejna wskazówka na temat tego, jak wszechświat jest spajony. Albo dlaczego nie.
Szukamy wzorów. Znajdujemy drobne odchylenia. A potem nadal zderzamy cząstki.
