Badanie powabnych rozpadów mezonów pięknych

Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) jest międzynarodowym przedsięwzięciem poświęconym rozwikłaniu największych zagadek świata – cząstek elementarnych. Projekt realizowany jest w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych (CERN) w Szwajcarii, lecz mimo to jest wynikiem współpracy fizyków z całego świata; również Polska ma w nim swój istotny wkład. Przy LHC pracują 4 detektory składające się na projekty: ATLAS, ALICE, CMS oraz LHCb.

Pierwotna równowaga między ilością materii i antymaterii została naruszona w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu. W kolejnym etapie ewolucji wszechświata doszło do anihilacji wszystkich dostępnych par cząstka-antycząstka. Skutkiem tego procesu było zniknięcie cząstek antymaterii i pozostanie jedynie maleńkiej ilości „nadmiarowych” cząstek materii rzędu 1 na 10 miliardów, która tworzy nasz obecny świat. LHCb, jeden z czterech wielkich detektorów pracujących przy LHC, jest unikalnym narzędziem badawczym dedykowanym rozwikłaniu zagadki asymetrii pomiędzy materią a antymaterią.

We współczesnym zrozumieniu rzeczywistości w ramach tzw. Modelu Standardowego (SM), przy najmniejszych skalach rozmiarów obiektów dostępnych do badania, materia zbudowana jest z sześciu kwarków oraz sześciu leptonów. Różnice mas tych podstawowych cegiełek materii sięgają aż kilkunastu rzędów wielkości. Otaczająca nas materia składa się z najlżejszych kwarków i leptonów. Cięższe twory rozpadają się za pomocą oddziaływań słabych do stabilnych odpowiedników, czyni je to nietrwałymi, lecz interesującymi z punktu widzenia badań. Dzięki zderzeniom wysokoenergetycznych przeciwbieżnych wiązek protonów mamy możliwość wykreowania niestabilnych cząstek, a następnie prześledzenia ich rozpadów w detektorze. Daje nam to możliwość porównania otrzymanych wyników z przewidywaniami SM.

Model Standardowy wymaga wielu parametrów wejściowych, które muszą zostać wyznaczone doświadczalnie, a także opisuje on trzy z czterech podstawowych oddziaływań, ignorując oddziaływanie grawitacyjne. Ponadto SM nie tłumaczy w sposób ilościowy obserwowanej asymetrii materia-antymateria. W przewidywaniach SM dopuszczalny poziom asymetrii jest daleko poniżej wielkości wymaganych. Z tego względu powszechnie uznaje się, że model ten jest niekompletny.

W realizowanym projekcie badawczym analizowane są rozpady tzw. mezonów pięknych, cząstek zawierających kwarki b i s. Dzięki informacjom uzyskanym z analizy zależności czasowych różnych parametrów tych rozpadów można wyznaczyć parametry odpowiedzialne za asymetrię, a tym samym sprawdzić przewidywania z Modelem Standardowym. Jakiekolwiek nieprawidłowości w otrzymanych wynikach mogą świadczyć o istnieniu zjawisk poza Modelem Standardowym, tworzących tzw. Nową Fizykę. Projekt jest pierwszym pomiarem na świecie tego specyficznego kanału rozpadu.

mgr inż. Agnieszka Dziurda

Absolwentka fizyki technicznej Politechniki Krakowskiej, obecnie doktorantka ostatniego roku w Instytucie Fizyki Jądrowej w Krakowie. Niezbędny bogaty warsztat znajomości oprogramowania eksperymentu oraz teorii specyficznej dla projektu nabyła pracując w krakowskiej grupie LHCb od 2009 roku. Przez wiele lat była czynną siatkarką (srebrny medal Mistrzostw Polski Politechnik). Ta dyscyplina sportu ukształtowała jej charakter, nauczyła dążyć do celu i być liderem.

Data publikacji: 25.10.2013