Fascynująca manifestacja mechaniki kwantowej

Asymetria między materią, a antymaterią we wszechświecie w dalszym ciągu pozostaje jedną z niewyjaśnionych zagadek naszego istnienia. Już w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku Gell-Mann and Pais wysnuli teorię, że neutralne cząstki powinny podlegać oscylacjom cząstka-antycząstka, nieustannie zmieniając swoją naturę. Jest to jedno z podstawowych przewidywań Modelu Standardowego (MS) opisującego elementarne składniki materii oraz oddziaływania pomiędzy nimi. Do dnia dzisiejszego oscylacje materia-antymateria zaobserwowano dla szeregu neutralnych cząstek.

Eksperyment LHCb, działający przy Wielkim Zderzaczu Hadronów w ośrodku CERN, z ogromną precyzją zmierzył oscylacje mezonów pięknych Bs0-Bs0. Cząstki te składają się z jednego kwarka pięknego b oraz lżejszego kwarka dziwnego s, a spośród wszystkich dotąd zaobserwowanych neutralnych cząstek podlegających oscylacji są najcięższymi i mają najwyższą częstotliwość zmian materia-antymateria. Dla porównania, nawet najbardziej zbliżone oscylacje B0-B0 są około 37 razy wolniejsze. Częstotliwość oscylacji Bs0-Bs0 jest tak duża, że nim się rozpadną, średnio zmieniają swoją naturę dziewięć razy, co odpowiada koło 3 milionom milionów (3×1012) zmian na sekundę. Bardzo wysoka dokładność pomiaru wykonanego w eksperymencie LHCb nakłada ograniczenia na modele fizyki spoza MS, również te próbujące wyjaśnić obserwowane wcześniej anomalie w sektorze leptonów. Nowy wynik pozwala także zredukować błędy systematyczne pomiarów badających asymetrię między materią i antymaterią.

Grupa IFJ PAN jest bezpośrednio zaangażowana w pracę nad tym pomiarem, a koordynatorem oraz jednym z głównych analizujących dane jest dr inż. Agnieszka Dziurda. Bardzo szybkie oscylacje cząstek bezpośrednio przekładają się na eksperymentalną trudność pomiaru, który wymaga poprawnej identyfikacji stanu końcowego i określenia początkowego składu kwarkowego cząstki, jak również doskonałej rozdzielczości detektora. Wszystkie te warunki zostały spełnione w eksperymencie LHCb, a zaprezentowany dzisiaj wynik jest fascynującą manifestacją mechaniki kwantowej a zarazem tryumfem najwyższej próby technik eksperymentalnych, które ten pomiar umożliwiły.

Szybkie oscylacje mezonów Bs0-Bs0 zaobserwowane w funkcji ich czasu życia

Materiały towarzyszące: