Παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στον επιταχυντή LHC το ‘όμορφο’ κουάρκ γνωστό και ως bottom

Ένα σπάνιο, φευγαλέο σωματίδιο έχει διαφανεί στις πρώτες μέρες λειτουργίας του Μεγάλου Επιταχυντή Συγκρουόμενων Δεσμών Πρωτονίων LHC.

Ο επιταχυντής LHC ξεκίνησε τις εργασίες του στις 30 Μαρτίου και ένας από τους τέσσερις μεγάλους ανιχνευτές του εντόπισε αποδείξεις για την εμφάνιση του όμορφου (beauty) κουάρκ ή botton όπως είναι πιο γνωστό, στις 5 Απριλίου. Το κουάρκ bottom ή beauty είναι της τρίτης γενιάς με φορτίο −¹⁄₃ e, που οι θεωρητικοί για πρώτη φορά υπέθεσαν ότι υπήρχε στον κόσμο των σωματιδίων το 1973. Τελικά βρέθηκε το 1977 στο Fermilab.

Το κουάρκ bottom μπορεί να διασπαστεί είτε σε ένα up είτε σε ένα charm κουάρκ μέσω της ασθενούς αλληλεπίδρασης, ενώ ο χρόνος ζωής του είναι μόλις ~10⁻¹² s.

Η ανακάλυψη του πρέπει να είναι η πρώτη από τις πολλές διασπάσεις του ‘όμορφου’ κουάρκ που το LHCb, το πείραμα που έχει σκοπό την ανίχνευση αυτού του κουάρκ, θα παρατηρήσει, και αποδεικνύεται έτσι ότι ο ανιχνευτής λειτουργεί κανονικά όπως έχει προγραμματιστεί.

Στον ανιχνευτή έγινε η καταγραφή ενός μεσονίου, που αποτελείται από ένα κουάρκ αντι-bottom και ένα up – ένα από τα δύο πιο συνηθισμένα κουάρκ που αποτελούν τα πρωτόνια και νετρόνια. Ενώ τα up κουάρκ έχουν διάρκεια ζωής δισεκατομμύρια χρόνια, το κουάρκ bottom διασπάται πολύ γρήγορα σε άλλα χαμηλής ενέργειας σωματίδια σε περίπου 1,5 x 10⁻¹² δευτερόλεπτα.

Μετά από ένα ταξίδι μόλις 2 χιλιοστά στον επιταχυντή, τα κουάρκ botton ή beauty διασπάστηκε σε ένα πιο ελαφρύ κουάρκ – που ζευγαρώνει με το up κουάρκ  – και η επιπλέον ενέργεια χρησιμοποιείται για τον σχηματισμό των μιονίων, σωματίδια που μοιάζουν με τα ηλεκτρόνια.

Εξαιρετικά σπάνιες διασπάσεις

«Είναι μια πολύ σπάνια περίπτωση – είναι σαν να βρίσκεις βελόνα στα άχυρα», λέει ο Andreas Schopper, εκπρόσωπος του LHCb. "Ανάμεσα σε 10 εκατομμύρια δεδομένα βρήκαμε αυτό το γεγονός."

Το σωματίδιο αυτό έγινε αντιληπτό από το αυτόματο σύστημα ενεργοποίησης του LHCb, που έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να αναγνωρίζει ασυνήθιστα γεγονότα ή σωματίδια, αλλά να αγνοεί την συντριπτική πλειοψηφία των συγκρούσεων ανάμεσα στα πρωτόνια. Μάλιστα λιγότερο από το 1% των συγκρούσεων ενδιαφέρουν τους επιστήμονες του LHCb.

Μόλις καταγράφεται ένα συμβάν οι λεπτομέρειες των σημάτων στέλνονται σε υπολογιστές και στις πέντε ηπείρους, όπου κατά τη διάρκεια μερικών ημερών το λογισμικό αναπλάθει τα ίχνη των σωματιδίων. "Είναι η πρώτη φορά που έχει εντοπιστεί και έχει αναδημιουργηθεί ένα τέτοιο μεγάλο σωματίδιο, " συνεχίζει ο Schopper.

Επιστροφή στην Μεγάλη Έκρηξη

Στον LHCb θα δούμε πολλές τέτοιες διασπάσεις, προκειμένου να ρίξουμε φως στο τι συνέβη με την αντιύλη που θα πρέπει να είχε δημιουργηθεί, παράλληλα με την ύλη στις απαρχές του σύμπαντος μας.

Το πείραμα έχει ως στόχο να εξετάσει τι θα συμβεί στα beauty ή bottom κουάρκ,  που σχηματίζονται σε υψηλής ενέργειας εκρήξεις – όχι τουλάχιστον στο big bang. Με τη σύγκριση των προϊόντων διάσπασης των κουάρκ αυτών, οι ερευνητές του LHC ελπίζουν να βρουν ενδείξεις ως προς το γιατί το σύμπαν μας φαίνεται να ευνοεί την ύλη από την αντιύλη.

"Για την ακρίβεια των μετρήσεων θα χρειαστούμε πολλά εκατομμύρια σωματίδια bottom», λέει ο Jürgen Schukraft, εκπρόσωπος του πειράματος ALICE του LHC. «Αυτό δείχνει ότι ο ανιχνευτής ασκεί καλά την αποστολή του, που είναι πολύ καλό για την αναγνώριση των πολύπλοκων μοτίβων διάσπασης."