مع أول عمليات تصادم البروتونات في 2008-2013 ، كان مصادم الهادرونات الكبير يوفر الآن مجموعة من البيانات التجريبية التي يعتمد عليها العلماء لاختبار التنبؤات الناشئة عن فيزياء الجسيمات والطاقة العالية. في الواقع ، اليوم CERN جعلها عامة البيانات الأولى التي أنتجتها تجارب LHC. ومع مرور كل يوم ، يتم إصدار معلومات جديدة تساعد في إلقاء الضوء على بعض الألغاز الأعمق في الكون.
هذا الأسبوع ، على سبيل المثال ، أعلنت CERN عن اكتشاف جسيمين دون ذريين جديدين يشكلان جزءًا من عائلة الباريون. الجسيمات ، المعروفة باسم Xi_b '-و Xi_b *-تم اكتشافه بفضل جهود تجربة LHCb - وهو تعاون دولي يضم ما يقرب من 750 عالمًا من جميع أنحاء العالم.
تم توقع وجود هذه الجسيمات بواسطة نموذج الكوارك ، لكن لم يسبق رؤيتها من قبل. علاوة على ذلك ، يمكن أن يساعد اكتشافهم العلماء على تأكيد النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، والذي يعتبر غير قابل للتصديق تقريبًا الآن بفضل اكتشاف Higgs Boson.
مثل البروتونات المعروفة التي يسرعها المصادم LHC ، فإن الجسيمات الجديدة عبارة عن باريونات مكونة من ثلاثة كواركات مرتبطة ببعضها البعض بقوة شديدة. تختلف أنواع الكواركات ، على الرغم من ذلك: تحتوي جسيمات X_ib الجديدة على كوارك واحد (ب) وغريب (ق) وكوارك سفلي (د). بفضل الوزن الثقيل للكواركات b ، فهي أكبر بست مرات من البروتون.
المقطع العرضي لمصادم الهادرونات الكبير حيث توضع كاشفاته وتحدث الاصطدامات. الائتمان: سيرن
ومع ذلك ، فإن كتلتها تعتمد أيضًا على كيفية تكوينها. كل من الكواركات له خاصية تسمى 'الدوران'. وفي Xi_b '-الحالة ، تدور دوران الكواركين الأخف وزنًا في الاتجاه المعاكس للكوارك b ، بينما في Xi_b *-يذكر أنهم منحازون. هذا الاختلاف يجعل Xi_b *-أثقل قليلا.
قال ماثيو تشارلز من مختبر CNRS LPNHE في جامعة باريس السادسة: 'كانت الطبيعة لطيفة ومنحتنا جسيمين بسعر واحد'. 'Xi_b'-قريب جدًا في الكتلة من مجموع نواتج الاضمحلال: إذا كانت أخف قليلاً ، لما رأيناها على الإطلاق باستخدام توقيع الاضمحلال الذي كنا نبحث عنه '.
قال ستيفن بلوسك من جامعة سيراكيوز في نيويورك: 'هذه نتيجة مثيرة للغاية'. 'بفضل تحديد هادرون LHCb الممتاز ، والذي يعد فريدًا من بين تجارب LHC ، تمكنا من فصل إشارة واضحة جدًا وقوية عن الخلفية ،''إنه يوضح مرة أخرى حساسية ومدى دقة كاشف LHCb.'
قام Blusk و Charles بشكل مشترك بتحليل البيانات التي أدت إلى هذا الاكتشاف. كان وجود اثنين من الباريونات الجديدة المتوقعة في عام 2009 بقلم الفيزيائيين الكنديين راندي لويس من جامعة يورك وريتشارد ولوشين من TRIUMF ، مختبر فيزياء الجسيمات الوطني الكندي في فانكوفر.
الكتل العارية لجميع النكهات الست من الكواركات والبروتون والإلكترون ، موضحة بالحجم النسبي. الائتمان: ويكيبيديا / Incnis Mrsi
بالإضافة إلى كتل هذه الجسيمات ، درس فريق البحث معدلات إنتاجها النسبية ، وعرضها - مقياسًا لمدى عدم استقرارها - وتفاصيل أخرى عن اضمحلالها. تتوافق النتائج مع التنبؤات القائمة على نظرية الديناميكا اللونية الكمومية (QCD).
QCD هو جزء من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، النظرية التي تصف الجسيمات الأساسية للمادة ، وكيفية تفاعلها ، والقوى بينها. يعد اختبار QCD بدقة عالية مفتاحًا لتحسين فهمنا لديناميكيات الكوارك ، والتي يصعب حساب نماذجها بشكل كبير.
قال منسق الفيزياء في LHCb باتريك كوبنبورغ من معهد Nikhef في أمستردام: 'إذا أردنا إيجاد فيزياء جديدة تتجاوز النموذج القياسي ، فنحن بحاجة أولاً إلى صورة حادة'. 'ستساعدنا هذه الدراسات عالية الدقة على التمييز بين تأثيرات النموذج القياسي وأي شيء جديد أو غير متوقع في المستقبل.'
تم إجراء القياسات مع البيانات المأخوذة في LHC خلال 2011-2012. يجري حاليًا إعداد المصادم LHC - بعد أول إغلاق طويل له - للعمل بطاقات أعلى وباستخدام أشعة أكثر كثافة. ومن المقرر إعادة تشغيله بحلول ربيع عام 2015.
نُشر البحث على الإنترنت أمس على خادم الفيزياء التمهيدية arXiv وتم تقديمها للمجلة العلميةخطابات المراجعة المادية.