Ultra-sjælden kaon henfald kan føre til tegn på ny fysik

Forskere, der søger beviser for ny fysik i partikelprocesser, der kan forklare mørkt stof og andre mysterier i universet, er gået et skridt nærmere, med det nye resultat af NA62 -eksperimentet rapporteret i dag på CERN.

Eksperimentet, ledet af et internationalt team af forskere, demonstrerer en ny teknik, der fanger og måler det ekstremt sjældne forfald af en subatomær partikel kaldet en kaon.

Deres resultater, præsenteret på et CERN -seminar mandag den 23. september, vise, hvordan præcise målinger af denne proces kan antyde ny fysik, ud over standardmodellen udviklet i 1970'erne.

Standardmodellen bruges stadig almindeligt til at beskrive de grundlæggende kræfter og byggesten i universet og er en meget vellykket teori, men der er flere mysterier i universet, som standardmodellen ikke forklarer, såsom arten af ​​mørkt stof, eller oprindelsen til ubalancen mellem materie og antimateriale i universet. Fysikere har ledt efter udvidelser til standardmodellen, der kan forudsige nye partikler eller interaktioner, der kan forklare disse fænomener.

Den nye måling blev foretaget på CERN -partikelfysiklaboratoriet af et team ledet af University of Birmingham. Formålet med forsøget, kaldet NA62, er at studere de subatomære partikler kaoner, indeholdende kvarken mærkelig, og en særlig måde, hvorpå de omdannes til andre typer partikler med odds omkring 1 ud af 10 milliarder.

Denne proces forudsiges detaljeret af standardmodellen med en usikkerhed på mindre end 10 procent, så enhver afvigelse fra denne forudsigelse er et spændende klart tegn på ny fysik. Ved at kombinere datasætene 2016 og 2017, teamet finder, at den relative frekvens af denne proces højst ville være 24,4 i 100 milliarder K+ henfald. Dette kombinerede resultat er kompatibelt med standardmodelforudsigelsen og giver teamet mulighed for at sætte grænser for teorier, der er ud over standardmodeller, der forudsiger frekvenser, der er større end denne øvre grænse.

"Denne kaon henfaldsproces kaldes den 'gyldne kanal', fordi kombinationen af ​​at være ultra-sjælden og glimrende forudsagt i Standard-modellen. Det er meget svært at fange, og har et virkeligt løfte for forskere, der leder efter ny fysik, "forklarer professor Cristina Lazzeroni, Professor i partikelfysik ved University of Birmingham, og talsmand for NA62. "Ved at fange en præcis måling af forfaldet kan vi identificere afvigelser fra standardmodelforudsigelsen. Det nye resultat har stadig begrænset statistik, men har allerede gjort det muligt for os at begynde at sætte begrænsninger på nogle nye fysikmodeller."

Eksperimentet fandt sted over tre år på CERNs Prevessin -sted, i Frankrig og involverer omkring 200 forskere fra 27 institutioner. Målet var at måle præcist, hvordan kaonpartiklen henfalder til et pion og et neutrino -antineutrino -par ved hjælp af protonstrålen fra CERN's Super Proton Synchrotron (SPS). Kaonerne dannes ved at kollidere højenergiprotoner fra SPS'en til et stationært berylliummål. Dette skaber en stråle af sekundære partikler, der indeholder og formerer næsten en milliard partikler pr. Sekund, ca. 6% heraf er kaoner.

Fordi processen, der måles, er så sjælden, holdet var nødt til at være særligt forsigtig med ikke at gøre noget, der kunne forstyrre resultatet. Af den grund, eksperimentet blev udført som en "blind analyse, "hvor fysikere i første omgang kun ser på baggrunden for at kontrollere, at deres forståelse af de forskellige kilder er korrekt. Kun når de er tilfredse med det, de ser på området for dataene, hvor signalet forventes at være. Denne "åbning af den blinde kasse" blev udført den 10. september på den internationale konference om Kaon Physics, KAON2019, afholdt i Perugia, Italien.

Professor Lazzeroni tilføjede:"Dette er et stort skridt fremad inden for partikelfysik, der vil sætte os i stand til at udforske nye måder at forstå vores univers på. Dette er blevet muliggjort gennem en kæmpe teamindsats fra alle de samarbejdende institutter og løbende støtte fra CERN. "

Eksperimentet vil analysere yderligere data taget i 2018 og offentliggøre det næste år. Der er også planer om at tage flere data for at forfine målingen fra 2021, når CERN SPS genstarter driften.