Od materii do antymaterii i z powrotem - tryliony razy na sekundę

Dzisiaj jest sobota, 18 maja 2024 r. (139 dzień roku) ; imieniny: Alicji, Edwina, Eryka	M. Dzień Muzeów

serwis

wydarzenia

informacje

skarby Ziemi Proszowskiej

tv.24ikp.pl

wiadomości
redakcyjne

archiwum


\|	2001-2003	\|	2004-2006	\|	2007-2009	\|	2010-2011	\|	2012-2013	\|	2014	\|	2015	\|	2016	\|	2017	\|	2018	\|	2019	\|	2020	\|	2021	\|	2022	\|	2023	\|

serwis IKP / redakcja / archiwum IKP / rok 2022 / luty / Od materii do antymaterii i z powrotem - tryliony razy na sekundę

O G Ł O S Z E N I A

godzinowa 45 dni

Kursy walut
NBP	2023-01-24
USD	4,3341	+0,23%
EUR	4,7073	-0,24%
CHF	4,7014	-0,22%
GBP	5,3443	-0,38%
Wspierane przez Money.pl

Od materii do antymaterii i z powrotem - tryliony razy na sekundę

mezony Bs0 oscylują między postacią materialną, zbudowaną z kwarka dziwnego s i antykwarka pięknego b bar, a postacią antymaterialną, złożoną z kwarka pięknego b oraz antykwarka dziwnego s bar (źródło: IFJ PAN)

15-02-2022

     Istnieją cząstki, które mogą zachowywać się jak reprezentanci raz świata materii, a raz świata antymaterii. O pomiarze ekstremalnej szybkości oscylacji takich cząstek między obu światami donosi międzynarodowa grupa naukowców pracujących przy eksperymentach w detektorze LHCb. Grupą kierowała dr Agnieszka Dziurda z IFJ PAN w Krakowie.

     Jak dziecko na huśtawce, raz wychylające się w przód, raz w tył, tak niektóre cząstki potrafią z nieprawdopodobną szybkością wielokrotnie zmieniać swoje właściwości, w jednej chwili stając się przedstawicielami świata materii, by w kolejnej zachowywać się jak antymateria. Oscylacje cech cząstek między materią a antymaterią uchodzą za jedno z najbardziej fascynujących zjawisk mechaniki kwantowej - opisano w komunikacie Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie.

     W przypadku mezonów znanych jako Bs0 oscylacje te udało się zmierzyć z bezprecedensową dokładnością. O wynikach nietuzinkowego pomiaru poinformowała grupa naukowców realizujących eksperymenty w detektorze LHCb przy Wielkim Zderzaczu Hadronów. Artykuł opisujący ich pracę ukazał się na łamach czasopisma "Nature Physics" (https://doi.org/10.1038/s41567-021-01394-x).

"Pierwszy pomiar oscylacji mezonów Bs0 przeprowadzono jeszcze w 2006 roku, w ramach eksperymentu CDF w amerykańskim laboratorium Fermilab. Nam udało się teraz poprawić dokładność pierwotnego pomiaru aż o dwa rzędy wielkości!" - mówi dr Agnieszka Dziurda z IFJ PAN, kierownik międzynarodowego zespołu fizyków, który prowadził opisane badania.

     Jak wyjaśniono w komunikacie, składniki materii tworzące widzialny Wszechświat to głównie kwarki dolne i górne, elektrony oraz neutrina elektronowe. Wewnątrz Modelu Standardowego, złożonego narzędzia teoretycznego opisującego świat w skalach atomowych i subatomowych, cząstki te są zgrupowane w jedną generację. Wiadomo, że istnieją jeszcze dwie inne generacje. Obie zawierają cząstki o podobnych właściwościach co pierwsza, tyle że w kolejnych generacjach coraz bardziej masywne.

     W Modelu Standardowym każda cząstka materii ma swój odpowiednik w postaci antycząstki różniącej się głównie znakiem ładunku elektrycznego (w przypadku elektrycznie neutralnych neutrin istotne są inne cechy kwantowe). Kwarki nie lubią samotności i zawsze łączą się z innymi w zlepki. Najprostsze z nich to mezony, czyli pary zbudowane z kwarka i jakiegoś antykwarka (niekoniecznie tego samego rodzaju).

"Mezony mogą przenosić ładunek elektryczny, lecz nie muszą. Te pozbawione ładunku elektrycznego, określane jako neutralne, wykazują frapującą cechę: oscylują między postacią materialną a antymaterialną. My skupiliśmy się na analizie częstotliwości oscylacji neutralnych mezonów zawierających kwark piękny b z trzeciej generacji i kwark dziwny s z drugiej, oznaczonych jako Bs0" - tłumaczy dr Dziurda.

     Jako cząstki niestabilne, mezony szybko się rozpadają. Nie inaczej jest z mezonami Bs0, których żywot w omawianym eksperymencie kończył się po pojedynczych pikosekundach (to ułamek sekundy z 12 zerami po przecinku). W tym czasie mezony Bs0 pokonywały drogę długości mniej więcej jednego centymetra i, jak się okazało, kilkukrotnie oscylowały.

     Od strony technicznej pomiary zjawiska o tak wielkiej częstotliwości okazały się niezwykle trudne. Wymagały zwłaszcza głębokiego zrozumienia technik eksperymentalnych zastosowanych w detektorze, te mogły bowiem zaburzać pomiar. Dopiero dysponując tą wiedzą fizycy byli w stanie precyzyjnie odtworzyć tor ruchu zarejestrowanych mezonów oraz zidentyfikować cząstki, na jakie te się rozpadły - opisano w komunikacie IFJ PAN.

"Mechanika kwantowa przewiduje, że produkty rozpadu mezonu Bs0 muszą być różne w zależności od tego, czy w chwili rozpadu znajdował się on w stanie materialnym, czy antymaterialnym. Zatem dopiero po zarejestrowaniu i zidentyfikowaniu produktów rozpadu danego mezonu mogliśmy ustalić, czy rozpadł się on jako reprezentant świata materii, czy antymaterii. Połączenie tej wiedzy z informacją o naturze cząstki w momencie produkcji pozwoliło nam na pomiar częstotliwości oscylacji" - wyjaśnia dr Dziurda.

     Poddane analizie dane dotyczyły mezonów Bs0 powstałych w zderzeniach proton-proton o sumarycznej energii 13 teraelektronowoltów, zarejestrowanych w detektorze LHCb w latach 2015-2018. Ostatecznie naukowcom udało się ustalić, że mezony Bs0 oscylują między materią a antymaterią trzy tryliony razy na sekundę, czyli 300 razy szybciej niż oscyluje typowy zegar atomowy zbudowany z użyciem cezu.

    Wynik otrzymany przez fizyków z eksperymentu LHCb - podkreślono w komunikacie -jest pomiarem o szerszym znaczeniu. "Z jednej strony na nowym poziomie dokładności zgadza się z przewidywaniami mechaniki kwantowej i stanowi jej piękną ilustrację. Z drugiej, zmierzona częstotliwość oscylacji mezonów Bs0 istotnie zawęża obszary poszukiwań nieznanych i nieopisanych przez Model Standardowy cząstek, także tych sugerowanych przez wielu teoretyków w celu wyjaśnienia obserwowanych w ostatnich latach anomalii. Być może ślady tej nowej fizyki uda się wykryć, gdy w 2022 roku zmodernizowany detektor LHCb wznowi rejestrację zderzeń" - podsumowano.

Nauka w Polsce