- اكتشاف جامعة مانشستر لتحلل جسيم نادر يفتح آفاقًا جديدة للبحث في المستقبل.
- عمر الجسيمات الغريبة قصير للغاية، مما يجعل عملية التحلل صعبة الملاحظة.
- الدلالة الإحصائية لهذا التحلل تبلغ 3.2 سيغما، وهو أقل من معيار الاكتشاف الكبير.
- يمكن أن تكشف الأبحاث عن ظواهر فيزيائية جديدة لا يمكن لنموذج القياسية تفسيرها.
اكتشف علماء من جامعة مانشستر البريطانية دليلاً على تحلل جسيم نادر، يحدث هذا التحلل مرة واحدة فقط من بين كل مليار جسيم. تم رصد هذا التحلل بعد التحديث الكبير الذي شهدته تجربة LHCb التابعة للمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN)، مما يفتح آفاقًا جديدة للبحث في مقاييس zeptometre في المستقبل. تختلف تجربة LHCb عن كاشفات ATLAS وCMS، حيث إنها عبارة عن مطياف أمامي. تركز LHCb على المنطقة الأمامية من حزمة الجسيمات لدراسة سلوك الجسيمات الغريبة والجسيمات الجذابة وتحللها، بدلاً من البحث عن أدلة التحلل في جميع الاتجاهات.
تتمتع الجسيمات الغريبة بكتلة أكبر من الجسيمات العلوية والسفلية، وتنتج بكميات كبيرة في LHC. ومع ذلك، فإن عمرها لا يتجاوز تريليون جزء من الثانية قبل أن تتحلل.
تحديثات وتجديدات تجربة LHCb
شارك الباحثون من جامعة مانشستر في تحديث تجربة LHCb، حيث زادت سرعة جمع البيانات إلى خمسة أضعاف ما كانت عليه سابقًا. يسمح القياس الدقيق لتحلل الجسيمات الغريبة للعلماء بالكشف عن تأثيرات جسيمات جديدة قد تكون صغيرة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها في LHC. إذا كان التحلل نادرًا، فإن تأثير الجسيمات الجديدة قد يكون أكثر حساسية. كانت مساهمة المملكة المتحدة في تحديث LHCb عبارة عن محدد قمة (Vertex Locator)، وهو كاشف سيليكوني بكسل يبعد خمسة مليمترات فقط عن حزمة الجسيمات، مما يسمح للعلماء بتحديد موقع إنتاج الجسيمات وتحللها بدقة.
رصد فريق البحث تحلل "Bd إلى mu mu"، حيث يتحلل جسيم غريب واحد إلى جسيمين من الميون، وهو نوع من الجسيمات يشبه الإلكترون لكنه أثقل قليلاً. يُقدّر أن هذا التحلل يحدث مرة واحدة فقط من بين كل مليار جسيم غريب، لذا فإن عدم ملاحظته سابقًا ليس مفاجئًا.
الدلالة الإحصائية للتحلل وأهميته
قال كريس باركس (Chris Parkes)، رئيس قسم الفيزياء وعلم الفلك في جامعة مانشستر: "هذا التحلل من غير المحتمل أن يحدث؛ فاحتمالية حدوثه تشبه العثور على الشريك المثالي من بين جميع سكان الأرض في موعد أول." تبلغ الدلالة الإحصائية لهذا الاكتشاف 3.2 سيغما، وهو أقل من العتبة المطلوبة للاكتشاف الفيزيائي الكبير والتي تبلغ 5 سيغما. ومع ذلك، فإنه يفتح قنوات جديدة للفيزيائيين لاستكشاف الجسيمات والقوى الطبيعية المخفية في الفضاء الذي يبلغ حجمه جزء من تريليون من المتر. يُعرف هذا الفضاء باسم zeptoverse.
تظل نتائج القياسات في هذه التجربة متوافقة مع نموذج الفيزياء القياسية. ومع ذلك، قد تساعد الدراسات المستقبلية في zeptoverse العلماء على اكتشاف ظواهر فيزيائية جديدة لا يمكن لنموذج القياسية تفسيرها.
قال كونور فيتزباتريك (Conor Fitzpatrick)، نائب منسق الفيزياء في تعاون LHCb، خلال مؤتمر صحفي: "توسعت نتائج هذه التجربة من فهمنا لأعمق مستويات الطبيعة. نحن متحمسون لرؤية هذه الإشارة التي يصعب التقاطها، ونتطلع إلى المزيد من الاكتشافات من بياناتنا في المستقبل." حتى مع استمرار التجربة المحدثة في جمع البيانات حتى أوائل عام 2030، قد تؤدي التحديثات الإضافية إلى زيادة جمع البيانات بمقدار ترتيب واحد، مما يكشف المزيد من المعلومات حول الجسيمات والقوى في zeptoverse.
أثر هذا الاكتشاف على الأبحاث الفيزيائية المستقبلية
تظهر الاكتشافات الرائدة في هذه الدراسة تعقيد فيزياء الجسيمات، كما توفر إمكانية لاستكشاف ظواهر فيزيائية على مقاييس أصغر. مع تحديث تجربة LHCb، يتمكن العلماء من قياس سلوك الجسيمات بدقة أكبر، مما يعد أمرًا حيويًا لفهم التركيب الأساسي للكون. على الرغم من أن النتائج الحالية لا تزال تتماشى مع نموذج القياسية، إلا أن جمع البيانات في المستقبل قد يكشف عن ظواهر فيزيائية جديدة، مما يتحدى النظريات الحالية ويدفع الفيزياء نحو مزيد من التطور.