Fizycy cząstek zagłębiają się w Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych, aby lepiej zrozumieć mieszanie kwarków, które nie jest dokładnie przewidywane przez model.
Wiadomo, że kwarki tworzące jądra wszystkich otaczających nas atomów „mieszają się”, co oznacza, że czasami przekształcają się z jednego typu w drugi. Jednak dokładna częstotliwość tych transformacji pozostaje niepewna i, co ciekawe, przewidywania teoretyczne nie sumują się do 100%. Fizyk Jordy de Vries z UvA-IoP i współpracownicy z Los Alamos, Seattle i Berna opublikowali nowe badania, które stanowią ważny krok w kierunku rozwikłania tych tajemnic.
Tajemnicze mieszanie
Dobre rzeczy często chodzą trójkami, a Model Standardowy fizyki cząstek elementarnych nie jest wyjątkiem. Organizuje cząstki elementarne w trzy „pokolenia”. Weźmy na przykład kwarki. Pierwsza generacja obejmuje kwarki „górny” i „dolny”, które stanowią elementy budulcowe jąder atomowych. Oprócz nich istnieją jeszcze dwie dodatkowe pary: kwarki „urocze” i „dziwne” oraz kwarki „górny” i „dolny”. Razem te sześć odmian nazywa się sześcioma smakami kwarku.
Model Standardowy przewiduje, że smaki twarogu mogą przechodzić w siebie w procesie zwanym mieszaniem kwarków. Nie określa jednak, jak często te przekształcenia zachodzą. Co ciekawe, ostatnie analizy ujawniają rozbieżność: prawdopodobieństwa wszystkich możliwych wymieszań kwarków nie sumują się do 100%. Co to może oznaczać? Czy jest to oznaka fizyki wykraczająca poza Model Standardowy?
Postępy w analizie mieszania kwarków
Aby odpowiedzieć na to pytanie, fizyk UvA-IoP Jordy de Vries i współpracownicy z Los Alamos, Seattle i Berna opracowali nowy model i przeprowadzili powiązane obliczenia, aby bardzo precyzyjnie określić stopień wymieszania kwarków górnych i dolnych, dla którego efekt jest następujący: najsilniejszy.
Praca została niedawno opublikowana wspólnie w Listy z przeglądu fizycznego i jako Sugestia redaktora W Przegląd fizyczny C.
Oswajanie niepewności
Jako dane wejściowe do obliczeń fizycy wykorzystują dokładne pomiary procesów rozpadu promieniotwórczego, znanych jako jądrowe rozpady beta. Najdokładniejsze określenie mieszania kwarków góra-dół pochodzi z tzw superdozwolone rozpady beta występujące na całym wykresie izotopów jądrowych. „Super dozwolone” oznacza, że zaangażowane jądra nie mają spinu i dlatego łatwiej je opisać teoretycznie.
Niemniej jednak obliczenie stopnia wymieszania na podstawie niezwykle dokładnych danych obarczone jest teoretyczną niepewnością ze względu na subtelny taniec pomiędzy trzema podstawowymi siłami natury biorącymi udział w tym procesie: silnym oddziaływaniem jądrowym, oddziaływaniem elektromagnetycznym i słabym proces powodujący rozpad promieniotwórczy.
Udoskonalanie modeli teoretycznych
Nowe ramy zaprojektowano tak, aby śledzić tę zależność i ujarzmić teoretyczną niepewność. Doprowadziło to fizyków do odkrycia efektów obejmujących słabe interakcje między składnikami jąder, które nie były wcześniej brane pod uwagę. Efekty te dominują obecnie w niepewności obliczeń.
W najbliższej przyszłości, w oparciu o te prace i zaawansowane obliczenia jądrowe wielu ciał, niepewności zostaną opanowane, otwierając w ten sposób drogę do odkrycia ewentualnych śladów nowej fizyki w procesach jądrowych.
Referencje:
„Radiative Corrections to Superallowed β Decays in Effective Field Theory” autorstwa Vincenzo Cirigliano, Wouter Dekens, Jordy de Vries, Stefano Gandolfi, Martin Hoferichter i Emanuele Mereghetti, 18 listopada 2024 r., Listy z przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.211801
„Ab initio elektrosłabe poprawki do superdozwolonych rozpadów β i ich wpływ na Vud” Vincenzo Cirigliano, Wouter Dekens, Jordy de Vries, Stefano Gandolfi, Martin Hoferichter i Emanuele Mereghetti, 18 listopada 2024 r., Przegląd fizyczny C.
DOI: 10.1103/PhysRevC.110.055502
