Z pośród 100 bilionów wygenerowanych cząstek Sigma plus, badacze wyłowili zaledwie 237 przypadków tego konkretnego rozpadu. Współczynnik rozgałęzienia wynosi zaledwie 1,08 × 10⁻⁸, co oznacza, że nawet w kontrolowanych warunkach wykrycie takiego procesu wymaga przetworzenia astronomicznych ilości danych.
Bariony to cząstki subatomowe złożone z nieparzystej liczby kwarków. Najbardziej znane przykłady to protony i neutrony w jądrach atomowych, lecz istnieje cała gama mniej stabilnych cząstek tego typu – do nich właśnie należy Sigma plus.
Żeby zrozumieć skalę wyjątkowości: gdybyśmy stworzyli miliard cząstek Sigma plus, zaledwie garstka uległaby takiemu rozpadowi. To jak szukanie pojedynczej igły w stogu siana rozmiarów Polski.
Rozwiązanie naukowej zagadki
Odkrycie ma szczególne znaczenie, ponieważ zamyka pewien rozdział w fizyce. Wcześniejsze obserwacje z amerykańskiego Fermilab sugerowały istnienie hipotetycznej, nieznanej cząstki pośredniczącej.
Te doniesienia wzbudziły niemałe poruszenie w środowisku naukowym. Potencjalna nowa cząstka mogła oznaczać fizykę wykraczającą poza Model Standardowy – podstawową teorię opisującą znane cząstki elementarne i oddziaływania między nimi.
Czytaj także: Naukowcy zaobserwowali nietypowy rozpad bozonu Higgsa. Nigdy wcześniej się to nie udało
Tymczasem precyzyjne pomiary zespołu LHCb przyniosły inne wnioski. Analiza nie wykazała struktur rezonansowych w rozkładzie masy dimuonów. W praktyce oznacza to, że trzy cząstki potomne powstają bezpośrednio, bez udziału żadnej tajemniczej cząstki pośredniej.
Wyniki doskonale zgadzają się z przewidywaniami teoretycznymi Modelu Standardowego, który opisuje ten rozpad jako proces zachodzący na poziomie pętli kwantowych. Trzeba przyznać, że choć brak tu sensacji związanej z nową fizyką, takie potwierdzenie istniejących teorii też ma swoją wartość.
Rola przypadku w odkryciu
Najciekawsze jest to, że całe odkrycie zawdzięczamy… szczęśliwemu trafowi. Głównym celem eksperymentu LHCb było badanie asymetrii między materią a antymaterią – próba wyjaśnienia, dlaczego we Wszechświecie dominuje materia.
Cząstki Sigma plus stanowiły w zasadzie efekt uboczny głównych badań. Miały niższy pęd niż obiekty, które zespół zwykle analizował. Dopiero po zakończeniu podstawowego eksperymentu naukowcy postanowili przyjrzeć się tym „pobocznym” danym.
Okazało się, że detektor LHCb miał idealne właściwości do uchwycenia tego rzadkiego procesu. Sigma plus jest nieco bardziej stabilna niż inne bariony i może pokonać kilka metrów przed rozpadem. To umożliwiło detektorowi precyzyjne zarejestrowanie momentu jej rozpadu.
To dobitnie pokazuje, jak ważną rolę w nauce odgrywają przypadkowe obserwacje. Podobnie jak detektor ciemnej materii, który wychwycił niezwykle rzadki rozpad atomowy, eksperyment LHCb udowodnił wartość archiwizowania i ponownej analizy danych naukowych.
Czytaj także: Naukowcy zarejestrowali coś niezwykłego w CERN. To może zmienić nasze rozumienie wszechświata
Choć odkrycie potwierdza istniejące teorie zamiast je obalać, poszerza nasze rozumienie funkcjonowania Wszechświata. Pokazuje też, że nawet najbardziej ukierunkowane badania mogą przynieść przełomy w zupełnie nieoczekiwanych obszarach. Nauka lubi takie niespodzianki.
Sukces tego badania toruje drogę do analizy ekstremalnie rzadkich procesów w fizyce cząstek i przypomina o znaczeniu międzynarodowej współpracy naukowej w ramach CERN.
Co nam to daje?
Potwierdzenie tak rzadkiego procesu w ramach Modelu Standardowego to ważne osiągnięcie, choć może mniej spektakularne niż odkrycie zupełnie nowej cząstki. Pokazuje jednak niezwykłą precyzję współczesnych metod badawczych. Warto docenić, że nawet gdy nauka nie dokonuje rewolucyjnych odkryć, każde potwierdzenie teorii przybliża nas do pełniejszego zrozumienia rzeczywistości. To żmudna praca, ale takie właśnie są fundamenty postępu.