Symetria zapachowa świata wielkich energii działa inaczej

Opublikowano: 01.06.2025 | Kategorie: Nauka i technika, Wiadomości z kraju

Liczba wyświetleń: 928

Wyraźną anomalię świadczącą o łamaniu jednej z najważniejszych symetrii świata kwarków: przybliżonej symetrii zapachowej między kwarkami dolnymi i górnymi – zaobserwowali naukowcy z międzynarodowego eksperymentu NA61/SHINE.

Istnienie anomalii – zauważone w zderzeniach jąder atomowych argonu i skandu – może wynikać z dotychczas nieznanych niedoskonałości obecnych modeli zderzeń jądrowych, ale nie można wykluczyć jej potencjalnego związku z od dawna poszukiwaną „nową fizyką” – opisują przedstawiciele Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie w przesłanym PAP komunikacie.

Jeśli z tej samej liczby klocków drewnianych i plastikowych zmontujemy jakąś konstrukcję, a potem ją rozbijemy, to dalej połowa klocków powinna być drewnianych i połowa plastikowych. Fizycy żyli dotychczas w przekonaniu, że podobna symetria stanów początkowego i końcowego (nazywana symetrią zapachową), występuje w zderzeniach cząstek zawierających kwarki dolne i górne.

Z artykułu opublikowanego na łamach prestiżowego czasopisma „Nature Communications” wyłania się jednak inny obraz rzeczywistości. Intrygującą obserwację o dalekosiężnych konsekwencjach przeprowadziła grupa eksperymentu NA61/SHINE, której istotną część stanowią fizycy z Polski, w tym z IFJ PAN.

Zespół badał zderzenia jąder argonu i skandu przyspieszanych przez akcelerator SPS – ten sam, który odpowiada także za ostatnią fazę rozpędzania protonów przed wstrzykiwaniem ich do wnętrza akceleratora LHC w CERN pod Genewą.

„Zgodnie z obecnym stanem wiedzy, dostrzegany przez nas świat materii tworzą głównie cząstki elementarne nazywane kwarkami. Występują one w sześciu odmianach, każdej mającej swój antymaterialny odpowiednik. Protony i neutrony, podstawowe składniki jąder atomowych, składają się z trójek zmieszanych kwarków dolnych i górnych, podczas gdy pary kwark-antykwark są określane mianem mezonów” – opisuje cytowany w komunikacie prof. Andrzej Rybicki (IFJ PAN).

Czynnikiem odpowiedzialnym za sklejanie kwarków w protony, neutrony lub mezony są oddziaływania silne, opisywane za pomocą teorii nazywanej chromodynamiką kwantową.

Z jej równań wynika, że gdyby kwarki wszystkich typów miały te same masy, oddziaływanie silne nie wyróżniałoby żadnego z nich. W rzeczywistości kwarki poszczególnych odmian (zapachów) istotnie różnią się masami, co łamie tę symetrię. Kluczowy staje się jednak fakt, że dwa najlżejsze rodzaje kwarków – wspomniane już dolne i górne – niewiele się różnią masami.

Oddziaływania silne traktują je więc nie idealnie tak samo, ale wystarczająco podobnie, by można mówić o istnieniu przybliżonej symetrii zapachowej. W badaniach jądrowych znaczenie tej symetrii jest niebagatelne. To właśnie dzięki niej wiadomo, że jeśli zderzenie o dużej energii, zachodzące z udziałem kwarków dolnych, produkuje z pewnym prawdopodobieństwem jakieś cząstki wtórne, to z niemal tym samym prawdopodobieństwem inne, odpowiadające im cząstki wtórne powstałyby w zderzeniu, w którym byłyby obecne kwarki górne (i vice versa).

Zespół eksperymentu NA61/SHINE zajmował się badaniami mezonów K (kaonów) podczas wysokoenergetycznych zderzeń jąder atomowych argonu i skandu.

„Wyniki opublikowane przez nasz zespół okazują się statystycznie znacząco odbiegać od dotychczasowych przewidywań teoretycznych. Zwykle przyjmuje się, że rozbieżności w danych eksperymentalnych wynikające z przybliżonego charakteru symetrii zapachowej nie przekraczają 3 proc. w tym zakresie energii. My natomiast donosimy o nadprodukcji kaonów naładowanych sięgającej aż 18 proc.” – mówi prof. Rybicki.

W badanych układach przed zderzeniami było nieco więcej kwarków dolnych niż górnych. “intuicyjnie oczekiwalibyśmy, że jeśli wystąpią zaburzenia symetrii zapachowej, w ich wyniku powinniśmy po zderzeniu obserwować więcej kwarków dolnych. Tymczasem z naszych analiz wynika jednoznacznie: symetria zapachowa jest łamana w drugą stronę i na końcu to kwarków górnych jest więcej!” – mówi cytowana w komunikacie IFJ PAN pomysłodawczyni pomiaru kaonów neutralnych, prof. dr hab. Katarzyna Grebieszkow z Politechniki Warszawskiej.

Przyczyny zaobserwowanego łamania symetrii w zderzeniach jąder atomowych argonu i skandu nie są obecnie znane. Być może w rachunkach teoretycznych inspirowanych chromodynamiką kwantową nie uwzględniono jakichś istotnych własności tych zderzeń. Jednak nie można wykluczyć i innej, bardziej spektakularnej możliwości: że zaobserwowany efekt wykracza poza dotychczasową teorię oddziaływań silnych i zbudowany za jej pomocą Model Standardowy, co oznaczałoby, że jest przejawem długo poszukiwanej „nowej fizyki”.

„Dziś nie potrafimy jeszcze powiedzieć, czy jest to zjawisko uniwersalne, dotyczące wszystkich oddziaływań z obecnością kwarków, czy też występuje na przykład tylko dla jąder o określonych masach, bądź dla takich, a nie innych energii zderzeń” – podkreśla prof. Rybicki i dodaje: „Ta niewiedza w praktyce oznacza, że ponownej, uważnej weryfikacji należałoby poddać praktycznie wszystkie modele produkcji cząstek w zderzeniach wysokich energii i liczne wyniki eksperymentalne”.

W najbliższych miesiącach naukowcy z zespołu NA61/SHINE rozpoczną prace mające na celu potwierdzenie łamania symetrii zapachowej w zderzeniach charakteryzujących się początkowo równymi liczbami kwarków dolnych i górnych.

Niestety, na najciekawsze wyniki przyjdzie wszystkim poczekać: zderzenia jąder magnezu będzie można zrealizować dopiero po mającej się wkrótce rozpocząć, a planowanej na trzy lata przerwie modernizacyjnej w działaniu akceleratora LHC.

Prace sfinansowano ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego i Narodowego Centrum Nauki.

Autorstwo: PAP
Źródło: NaukawPolsce.pl

image_pdfimage_print

TAGI:

Poznaj plan rządu!

OD ADMINISTRATORA PORTALU

Hej! Cieszę się, że odwiedziłeś naszą stronę! Naprawdę! Jeśli zależy Ci na dalszym rozpowszechnianiu niezależnych informacji, ujawnianiu tego co przemilczane, niewygodne lub ukrywane, możesz dołożyć swoją cegiełkę i wesprzeć „Wolne Media” finansowo. Darowizna jest też pewną formą „pozytywnej energii” – podziękowaniem za wiedzę, którą tutaj zdobywasz. Media obywatelskie, jak nasz portal, nie mają dochodów z prenumerat ani nie są sponsorowane przez bogate korporacje by realizowały ich ukryte cele. Musimy radzić sobie sami. Jak możesz pomóc? Dowiesz się TUTAJ. Z góry dziękuję za wsparcie i nieobojętność!

Poglądy wyrażane przez autorów i komentujących użytkowników są ich prywatnymi poglądami i nie muszą odzwierciedlać poglądów administracji „Wolnych Mediów”. Jeżeli materiał narusza Twoje prawa autorskie, przeczytaj informacje dostępne tutaj, a następnie (jeśli wciąż tak uważasz) skontaktuj się z nami! Jeśli artykuł lub komentarz łamie prawo lub regulamin, powiadom nas o tym formularzem kontaktowym.

Dodaj komentarz

Zaloguj się aby dodać komentarz.
Jeśli już się logowałeś - odśwież stronę.