Nove čestice pronađene u Velikom hadronskom sudarivaču
Dvije nove, dosad nikad viđene subatomske čestice, pronađene su u Velikom Hadronskom Sudarivaču (eng. Large Hadron Collider, LHC). Ove čestice, čije je postojanje prethodno predviđeno modelom kvarkova, pripadaju istoj skupini čestica kao i dobro poznati neutroni i protoni, ali su znatno veće mase.
Kvarkovi, jedna od dviju temeljnih struktura materije, dolaze u tri porodice, od kojih svaka sadrži dva kvarka: gornji (u)/donji (d), strani (s)/čarobni (c) i dubinski (b)/vršni (t). Prema modelu kvarkova, postoje tri vrste Xi_b čestice. Jedna od njih, Xi_b-, otkrivena je još 2007. godine. Ova čestica izgrađena je od po jednog d, s i b kvarka, ima naboj -1 i malu masu. Za razliku od ove čestice, novootkrivene su čestice, nazvane Xi_b'- i Xi_b*-, na drugom kraju spektra s obzirom na masu.
Obje čestice sadrže po jedan b, s i d kvark, koji su međusobno povezani velikom silom. Velika masa ovih čestica dolazi od b kvarka. No njihova masa nije samo puki zbroj građevnih elemenata, već ovisi i o spinovima, što ih čini različitima.
Spin je jedno od osnovnih kvantnih svojstava svake čestice. Svaki kvark ima spin od 1/2, što može dovesti do njihova zbroja, ako kvarkovi rotiraju u istom smjeru, ili njihova poništavanja, ako rotiraju u suprotnom smjeru. S obzirom na to da kvarkovi po prirodi rotiraju u suprotnom smjeru, za rotaciju u istom smjeru potrebna je dodatna energija.
U novootkrivenim česticama, 2 lakša kvarka rotiraju u istom smjeru, što rezultira spinom od 1. U slučaju čestice Xi_b'-, teži kvark rotira u suprotnom smjeru, što rezultira ukupnim spinom od 1/2. U slučaju pak Xi_b*-, sva tri kvarka rotiraju u istom smjeru, što rezultira ukupnim spinom od 3/2. To znači i više energije i posljedično, veću masu.
Otkriće ovih čestica omogućilo je i provjeru teoretskog modela ponašanja ovih čestica, poznatog kao kvantna kromodinamika (eng. quantum chromodynamics, QCD). Zbog složenosti modela ovih čestica, za estimiranje njihove mase potrebna je velika računalna snaga i složene simulacije.
“Mi navodno imamo teoriju koja nam govori kako bi se čestice trebale ponašati i kao takva, trebala bi nam otvoriti mnoga vrata. No u praksi, naša sposobnost računalnih simulacija je ograničena,” rekao je Frank Wilczek, teorijski fizičar pri MIT-u (Massachusetts Institute of Technology, SAD), dobitnik Nobelove nagrade za sudjelovanje u formuliranju QCD modela.
Rezultati LHCb (eng. Large Hadron Collider beauty) pokusa, koji su potvrdili predviđanja računalnog modela, objavljeni su u časopisu Physical Review Letters. “Ovo je potvrda teorijskog pristupa i dokaz da držimo računalni model pod kontrolom,” dodao je Richard Woloshyn iz Kanadskog laboratorija čestica TRIUMF, koji je 2009. godine i predvidio masu novootkrivenih čestica.
Čestice se, dakle, ponašaju prema ‘standardnom’ modelu fizike, koji objašnjava sve čestice u svemiru. No, s obzirom na to da taj model ne uzima u obzir i crne rupe, znanstvenici vjeruju kako postoji drugi, precizniji model. Pokusima poput ovog koji je doveo do otkrića novih čestica, znanstvenici se nadaju pronaći ‘rupe’ u modelu, što bi dovelo do nove, sveobuhvatnije teorije i modela čestica.
“Ove dvije čestice ponašaju se u skladu sa standardnim modelom, kako je i bilo očekivano,” rekao je Matthew Charles, jedan od sudionika pokusa, te dodao kako se “nadamo da ćemo na temelju toga moći dalje napredovati kako bismo nadišli doseg standardnog modela.”
“Ako želimo pronaći novu fiziku koja nadilazi standardni model, prvo moramo dobro razumjeti ono što sada imamo,” rekao je Patrick Koppenburg s Nikhef institute u Amsterdamu. “Pokusi velike preciznosti omogućit će nam da razlikujemo posljedice standardnog modela i sve ono novo i neočekivano što bi moglo doći u budućnosti.”
Kako bi omogućili takva otkrića, znanstvenici su posljednje dvije godine nadograđivali i unaprjeđivali LHC kako bi mogli, počevši od proljeća ove godine, postizati veće brzine i dosezati više razine energije u sudaraču. Ovo je važno jer o razini energije koja se oslobodi sudarom protona u sudaraču ovisi količina i masa čestica koje će nastati.
Na taj će način, znanstvenici se nadaju, biti otkrivene nove čestice koje bi napokon trebale premašiti ograničenja standardnog modela i dovesti do novih, potpunijih spoznaja ponašanja čestica, koje bi objašnjavale i još uvijek misteriozne crne rupe.
Izvor: SciAmerican