Poszukiwanie piękna w nowej fizyce
Naukowcy pracujący przy finansowanym ze środków UE projekcie CHARM@LHCB (Search for new physics in charm at LHCb) spodziewają się nowych odkryć z nieoczekiwanego kierunku: eksperymentu LHCb (LHC beauty). W odróżnieniu od detektorów ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) czy CMS (Compact Muon Solenoid) eksperyment LHCb to względnie niewielka inicjatywa dotycząca wyłącznie kwarków b, zwanych pięknymi. Skąd jednak przekonanie, że eksperyment LHCb mający wyłapywać kwarki b ma szansę odkryć nowe zjawiska fizyczne? Stwierdzono, że niektóre procesy zależne od oddziaływań słabych przebiegają inaczej dla materii i dla antymaterii. Zjawisko to nazwano naruszeniem symetrii CP i w modelu standardowym jest ono uwzględniane poprzez macierz mieszania Cabibbo-Kobayashiego-Maskawy (CKM). Macierz CKM opisuje prawdopodobieństwo, że kwark zmieni zapach na inny w następstwie interakcji z cząstką przenoszącą oddziaływanie słabe. Antykwarki podlegają tej samej macierzy, ale w tym przypadku wszystkie pozycje macierzy zostają zastąpione ich sprzężeniami zespolonymi. Liczby w macierzy CKM mają niezerowe części urojone, więc kwarki i antykwarki mają różne interakcje. Partnerzy projektu CHARM@LHCB skupili się na pomiarach wartości macierzy CKM związanych z hadronami zawierającymi kwarki powabne. Poszukując dowodów naruszania symetrii CP, badacze zastosowali nowatorskie podejście do opisania przestrzeni fazowej trójelementowych rozkładów mezonów powabnych. Wykorzystano wyniki pomiarów cząstek zarejestrowanych przez detektor CLEO w akceleratorze CESR (Cornell Electron-positron Storage Ring). Nowe analizy oparto wyłącznie na danych doświadczalnych, a nie na symulacjach numerycznych mających oceniać pracę detektora podczas rozkładu mezonu. Wyniki projektu sugerują istnienie jak dotąd nieodkrytych ciężkich cząstek, które stanowiły dodatkowe źródła naruszania symetrii CP we wczesnym Wszechświecie. Prace te wspomagają wysiłki zmierzające do uzupełnienia luk w modelu standardowym. Problem polega konkretnie na tym, że naruszanie symetrii CP powodowane przez kwarki jest o miliard razy za słabe, by wyjaśnić obserwowaną doświadczalnie asymetrię między materią i antymaterią. Eksperyment LHCb powinien osiągnąć pełną wydajność wcześniej niż detektory ATLAS i CMS. Tym samym istnieje realna szansa, że to właśnie w LHCb zostaną odkryte pierwsze w LHC nowe cząstki elementarne.
Słowa kluczowe
LHC, model standardowy, fizyka cząstek elementarnych, LHCb, kwarki piękne, antykwarki
