- มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ค้นพบการสลายตัวของอนุภาคหายาก ซึ่งเปิดทางใหม่สำหรับการวิจัยในอนาคต
- อายุของบีควาร์กนั้นสั้นมาก ทำให้การสลายตัวเป็นเรื่องยากที่จะสังเกต
- ความสำคัญทางสถิติของการสลายตัวครั้งนี้อยู่ที่ 3.2 sigma ซึ่งต่ำกว่ามาตรฐานการค้นพบที่สำคัญ
- การวิจัยอาจเปิดเผยปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ใหม่ที่โมเดลมาตรฐานไม่สามารถอธิบายได้
นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ในสหราชอาณาจักรได้ค้นพบหลักฐานการสลายตัวของอนุภาคหายาก ซึ่งเกิดขึ้นเพียงครั้งเดียวในทุก ๆ หนึ่งพันล้านอนุภาค การสลายตัวนี้ถูกสังเกตหลังจากการปรับปรุงครั้งใหญ่ในทดลอง LHCb ขององค์การวิจัยนิวเคลียร์ยุโรป (CERN) และเปิดทางใหม่สำหรับการวิจัยในระดับ zeptometre ในอนาคต LHCb แตกต่างจากการทดลอง ATLAS และ CMS ซึ่งเป็นเครื่องตรวจจับที่เน้นไปที่พื้นที่ด้านหน้า โดย LHCb มุ่งเน้นไปที่พื้นที่ด้านหน้าของลำแสงเพื่อศึกษาพฤติกรรมและการสลายตัวของบีควาร์กและซีควาร์ก แทนที่จะค้นหาหลักฐานการสลายตัวในทุกทิศทาง
บีควาร์กมีมวลมากกว่าบีควาร์กและควาร์กล่าง และถูกสร้างขึ้นใน LHC เป็นจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม อายุของมันเพียงหนึ่งในล้านวินาที ก็จะสลายตัวไป
การปรับปรุงและการมีส่วนร่วมของการทดลอง LHCb
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์มีส่วนร่วมในการปรับปรุงการทดลอง LHCb ซึ่งการปรับปรุงนี้ทำให้ความเร็วในการเก็บข้อมูลเพิ่มขึ้นถึงห้าเท่าจากเดิม การวัดการสลายตัวของบีควาร์กอย่างแม่นยำทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจจับผลกระทบของอนุภาคใหม่ที่อาจเล็กเกินไปที่จะถูกตรวจพบใน LHC หากการสลายตัวเกิดขึ้นได้ยาก ผลกระทบของอนุภาคใหม่อาจมีความไวต่อการตรวจจับมากขึ้น การมีส่วนร่วมของสหราชอาณาจักรในการปรับปรุง LHCb คือการสร้างเครื่องตรวจจับตำแหน่งยอด (Vertex Locator) ซึ่งเป็นเครื่องตรวจจับซิลิคอนพิกเซลที่อยู่ห่างจากลำแสงเพียงห้ามิลลิเมตร ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุสถานที่ที่อนุภาคเกิดและสลายตัวได้อย่างแม่นยำ
ทีมวิจัยได้ตรวจจับการสลายตัวของ "Bd ไปยัง mu mu" ซึ่งบีควาร์กหนึ่งตัวสลายตัวเป็นไมโอนสองตัว ไมโอนเป็นอนุภาคที่คล้ายกับอิเล็กตรอนแต่มีน้ำหนักมากกว่า โดยประมาณการว่าสลายตัวนี้เกิดขึ้นเพียงในทุก ๆ หนึ่งพันล้านบีควาร์ก ดังนั้นจึงไม่แปลกใจที่มันไม่เคยถูกสังเกตมาก่อน
ความสำคัญทางสถิติและความหมายของการสลายตัว
คริส พาร์คส์ (Chris Parkes) หัวหน้าภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ของมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์กล่าวว่า "การสลายตัวนี้มีโอกาสเกิดขึ้นน้อยมาก โอกาสเกิดขึ้นประมาณเท่ากับการหาคู่ที่สมบูรณ์แบบในวันแรกที่นัดพบจากคนทั้งหมดบนโลก" ความสำคัญทางสถิติของการค้นพบนี้อยู่ที่ 3.2 sigma ซึ่งต่ำกว่าค่ามาตรฐาน 5 sigma ที่จำเป็นสำหรับการประกาศการค้นพบทางฟิสิกส์ที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม มันเปิดช่องทางใหม่สำหรับนักฟิสิกส์ในการสำรวจอนุภาคและแรงธรรมชาติที่ซ่อนอยู่ในพื้นที่ที่มีขนาดหนึ่งในร้อยล้านของเมตร ซึ่งเรียกว่า zeptometre และพื้นที่นี้เรียกว่า zeptoverse
ผลการวัดในทดลองนี้ยังคงสอดคล้องกับโมเดลฟิสิกส์มาตรฐาน อย่างไรก็ตาม การศึกษาต่อไปใน zeptoverse อาจช่วยนักวิทยาศาสตร์ค้นพบปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ใหม่ที่โมเดลมาตรฐานไม่สามารถอธิบายได้
คอนอร์ ฟิตซ์แพทริค (Conor Fitzpatrick) รองประธานฝ่ายฟิสิกส์ของกลุ่ม LHCb กล่าวในงานแถลงข่าวว่า "ผลการทดลองครั้งนี้ขยายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับระดับที่พื้นฐานที่สุดของธรรมชาติ เรารู้สึกตื่นเต้นที่ในที่สุดเราได้เห็นสัญญาณที่ยากจะจับนี้ และหวังว่าจะได้ค้นพบเพิ่มเติมจากข้อมูลของเราในอนาคต" แม้ว่าการทดลองที่ปรับปรุงแล้วจะยังคงเก็บข้อมูลจนถึงต้นปี 2030 การปรับปรุงเพิ่มเติมอาจเพิ่มการเก็บข้อมูลขึ้นอีกหนึ่งระดับ ซึ่งจะเปิดเผยข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับอนุภาคและแรงใน zeptoverse
ผลกระทบของการค้นพบนี้ต่อการวิจัยทางฟิสิกส์ในอนาคต
การค้นพบที่เป็นจุดเปลี่ยนนี้ไม่เพียงแต่แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนของฟิสิกส์อนุภาค แต่ยังเปิดโอกาสในการสำรวจปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่มีขนาดเล็กยิ่งขึ้น ด้วยการปรับปรุงการทดลอง LHCb นักวิทยาศาสตร์สามารถวัดพฤติกรรมของอนุภาคได้อย่างแม่นยำมากขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญต่อการเข้าใจองค์ประกอบพื้นฐานของจักรวาล แม้ว่าผลลัพธ์ในปัจจุบันยังคงสอดคล้องกับโมเดลมาตรฐาน แต่การเก็บข้อมูลในอนาคตอาจเปิดเผยปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ใหม่ที่ท้าทายทฤษฎีที่มีอยู่ และผลักดันการพัฒนาฟิสิกส์ต่อไป