nz17title.jpg

Przegląd - informacje o eksperymencie LHCb

Eksperyment LHCb (ang. Large Hadron Collider beauty) jest jednym z wielkich eksperymentów fizyki wysokich energii, zbierających dane przy akceleratorze LHC w osrodku badawczym CERN w Genewie. Detektor LHCb jest spektrometrem asymetrycznym przeznaczonym do precyzyjnych pomiarów efektów związanych z łamaniem symetrii pomiędzy materią i antymaterią oraz poszukiwaniom zjawisk tzw. Nowej Fizyki, czyli fizyki wykraczającej poza przewidywania Modelu Standardowego.

Jednym z problemów, dotąd niewyjaśnionych przez Model Standardowy, jest zagadnienie asymetrii w ilości materii i antymaterii we Wszechświecie. Teoria rozszerzającego się Wszechświata wyraźnie wykluczyła makroskopową separację materii od antymaterii i obecnie przyjmuje się, że Wszechświat jest całkowicie asymetryczny względem operacji sprzężenia ładunkowego C. Andrej Sacharow pokazał w roku 1967, że jakakolwiek próba wyjaśnienia tej sytuacji musi zakładać niezachowanie parzystości kombinowanej CP. Ten fakt jest związany z najsłabiej zrozumianą częścią MS – fizyką zapachów, opisywaną przez 16 parametrów modelu, których wartości nie można przewidzieć na podstawie teorii. Nie umiemy wyjaśnić struktury elementów macierzy Cabibbo-Kobayshi–Maskawy (CKM), opisującej przejścia między kwarkami oraz parametryzującej zjawisko łamania symetrii CP. Opisywany poziom łamania symetrii CP i zgodne z tymi przewidywaniami wyniki pomiarów są niewystarczające do wyjaśnienia wspomnianej asymetrii występującej we Wszechświecie. Te niedostatki MS sprawiają, że należy obecnie traktować go jako model efektywny i wskazują na możliwość istnienia ogólniejszej, bardziej fundamentalnej i kompletnej teorii fizycznej. Badania w eksperymencie LHCb stanowią ważny wkład w proces dalszego odkrywania elementarnej struktury materii.

Potencjał badawczy eksperymentu LHCb jest komplementarny w stosunku do programów eksperymentów ogólnego przeznaczenie ATLAS i CMS oraz do eksperymentu dedykowanego oddziaływaniom jądro-jądro, ALICE. Spektrometr LHCb pokrywa obszar małych kątów (od 2 do 5 jednostki pseudo-pospieszności) względem wiązki a ogromne liczby przypadków produkcji hadronów pięknych i powabnych umożliwiają osiągnięcie wysokiej precyzji otwierającej drogę do pośredniej obserwacji efektów Nowej Fizyki w wyniku potencjalnych zjawisk mogących mieć wpływ na procesy wyższego rzędu (w sensie rachunku zaburzeń) w ramach MS. Należy podkreślić, że takie pośrednie pomiary mogą posiadać czułość dla znacznie wyższej skali energii (nawet do około 100 TeV) niż pomiary bezpośrednie. Znaczenie precyzyjnych pomiarów pośrednich wzrosło jeszcze bardziej po odkryciu bozonu Higgsa. Zmierzona wartość masy tego bozonu wskazuje, ze skala zjawisk Nowej Fizyki może byc znacznie wyższa niż zakładano. Może to skutkować tym, że bezpośrednie obserwacje Nowej Fizyki przy energii LHC nie zakonczą się sukcesem (nie zostanie przekroczony próg energetyczny na produkcję cząste Nowej Fizyki) i tylko pomiary pośrednie mogą dostarczyć wskazówek dotyczących teorii rozszerzającej Model Standardowy.

Unikalna konstrukcja detektora LHCb zapewnia mu możliwość pełnej rekonstrukcji oraz identyfikacji śladów dla bardzo małych kątów, odpowiadających wartościom pseudo-pospieszności do wartości pięciu jednostek. Dzięki temu detektor LHCb posiada cechy detektora ogólnego przeznaczenia i może prowadzić pomiary dla unikalnej na LHC zakresu kątowego. W szczególności szereg pomiarów związanych ze spektroskopią hadronową, pozwoliła na precyzyjne testowanie statycznego modelu kwarków. Współpraca LHCb opublikowała szereg rezultatów dotyczących badania własności stanów egzotycznych zawierających kwarki piękne i powabne, jak również odkrycie tzw. pentakwarków [5], których istnienie przewidywał kilkadziesiąt lat temu model kwarkowy Gell-Mann’a – Zweig’a a które nie zostały do tego czasu odkryte.

Eksperyment LHCb jest w stanie dokonywać pomiarów przekrojów czynnych na produkcję mezonów powabnych i pięknych w regionie kinematycznym niedostępnym dla innych eksperymentów działających przy LHC. Pozwala to na precyzyjne sprawdzanie kwarkowych oraz gluonowych funkcji rozkładów gęstości prawdopodobieństwa dla bardzo małej wartości zmiennej x Bjorkena 0.5*10-5, które grają bardzo ważną rolę przy modelowaniu produkcji cząstek w zderzeniach proton – proton.

pl | en