ATLAS detektor u CERN-u prvi put posmatra pobuđeni Bc*+ mezon, novo testiranje strogog nuklearnog dejstva

Saradnja ATLAS u CERN-u, koja okuplja preko tri hiljade fizičara iz različitih instituta, objavila je rezultate u kojima se prvi put direktno opservira pobuđeni Bc+ mezon*. Rad je prihvaćen za objavljivanje u časopisu Physical Review Letters, a preprint je dostupan na javnom servisu arXiv pod brojem 2605.16228.

Bc*+ mezon je pobuđena verzija već poznatog Bc+ mezona. Oba se sastoje od istog para kvarkova, čarm kvarka i botom antikvarka, ali Bc*+ ima veću masu i drugačiji spinski raspored, pa se brzo raspada na osnovno stanje uz emisiju fotona.

Šta je to mezon

Mezon je vrsta hadrona, čestice koju čini par koji čine jedan kvark i jedan antikvark, vezani strogim nuklearnim dejstvom. U poređenju sa najpoznatijim hadronima poput protona i neutrona, koji imaju tri kvarka, mezoni žive izuzetno kratko i raspadaju se ubrzo posle nastanka.

Najtipičniji laboratorijski mezoni nastaju iz lakih kvarkova, gornjeg i donjeg. Mezoni sa kombinacijom dva različita teška kvarka, kao što je Bc familija, izuzetno su retki i otkriveni su tek u poslednje dve i po decenije. Prvi Bc+ mezon registrovan je 1998. godine u Fermilabu u Sjedinjenim Državama. Pobuđeno stanje, danas opservirano u ATLAS-u, predviđeno je teorijskim modelima ali do sada nije bilo prepoznatljivo iznad statističkog šuma.

Metodologija opservacije

ATLAS koristi sudare protona pri rekordnoj energiji od 13 i 13,6 teraelektrovolti, koju ostvaruje Veliki hadronski sudarač. U milijardama događaja generišu se rojevi sekundarnih čestica koje detektor rekonstruiše u realnom vremenu.

Strategija identifikacije Bc*+ mezona obuhvata:

• traženje karakterističnog raspada u Bc+ mezon i foton sa specifičnom energetskom razlikom
• rekonstrukciju Bc+ kandidata u njegovim retkim raspadima, najpre kanal u J/psi mezon i pion
• statističku selekciju koja eliminiše pozadinske događaje sa lažnim kombinacijama čestica
• merenje izmerene razlike masa između Bc*+ i Bc+ koja iznosi nekoliko desetina megaelektrovolti

Konačan signal stoji iznad pet standardnih devijacija, što je u fizici čestica standardni prag za potvrdu opservacije.

Šta otkriće znači za teoriju

Ovaj rezultat pruža dragocen nov ulaz za teorijske modele koji opisuju mase čestica sa teškim kvarkovima i pomoći će da unapredimo razumevanje strogog nuklearnog dejstva.

Saradnja ATLAS objavila je izjavu u kojoj naglašava da je merenje razlike masa pobuđenog i osnovnog stanja test rešetkaste hromodinamike, savremene teorijske grane kvantne hromodinamike koja se računarima numerički proverava. Ako rešetkasta predviđanja stoje, teorija je u dobrom stanju. Ako se odstupanja pojave, to bi bio nagoveštaj nove fizike izvan Standardnog modela.

Šta studija NE pokazuje

Otkriće Bc*+ mezona ne znači da je Standardni model u krizi. Reč je o očekivanoj čestici, čije postojanje teorija predviđa, ali čije precizno svojstvo do sada nije bilo dostupno za merenje. Slično opservaciji Higsovog bozona 2012. godine, ovo je potvrda predviđanja, ne njegovo obaranje.

Drugo ograničenje studije tiče se nedovoljne statistike, mezon je retko prisutan, pa precizno merenje masenih razlika i veličina raspada zahteva više sezona prikupljanja podataka. Sledeći podaci stići će tokom faze rada LHC-a koja se naziva Run 3, sa završetkom 2025. i mogućeg nadogradnje za faznu Run 4 koja kreće 2030.

Veza sa srpskom fizikom

Otkriće je interesantno za Institut za fiziku Univerziteta u Beogradu, koji ima istraživače u CMS detektoru u CERN-u, sestrinskoj kolaboraciji sa ATLAS-om. Domaći fizičari koje koordinira Petar Adžić rade na sličnim analizama u Bc sektoru, pa će uporedni rezultati biti dostupni u narednim mesecima.

Da li će retki Bc mezoni postati jedan od ključnih testova za fiziku izvan Standardnog modela?

Recite svoje mišljenje, da li smatrate da su precizna merenja u poznatim česticama plodnije polje nego potraga za potpuno novim česticama, podelite stav u komentarima.