CERN: Πρώτη ματιά στο «Zeptoverse» – Είδαν υπερσπάνια διάσπαση σωματιδίου μετά από 42 χρόνια!

Σύνοψη

• Επιστήμονες στο CERN εντόπισαν ενδείξεις για τη διάσπαση του Bd μεσονίου σε δύο μιόνια, έπειτα από 42 χρόνια προσπαθειών.
• Το φαινόμενο είναι εξαιρετικά σπάνιο, καθώς υπολογίζεται πως συμβαίνει μόλις μία φορά στα δέκα δισεκατομμύρια.
• Η στατιστική σημαντικότητα των 3.2 σίγμα αποτελεί ισχυρή ένδειξη, αν και ο χρυσός κανόνας της φυσικής απαιτεί 5 σίγμα για να θεωρηθεί οριστική ανακάλυψη.
• Η καταγραφή κατέστη δυνατή χάρη στον αναβαθμισμένο ανιχνευτή LHCb, ο οποίος κατά τα έτη 2024 και 2025 συνέλεξε δεδομένα με πενταπλάσιο ρυθμό σε σύγκριση με το παρελθόν.

Οι ερευνητές που εργάζονται στο πείραμα LHCb του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN προχώρησαν σε μια ιδιαιτέρως σημαντική ανακοίνωση, αποκαλύπτοντας τις πρώτες ισχυρές ενδείξεις μιας σωματιδιακής διάσπασης που αναζητούνταν διακαώς από την επιστημονική κοινότητα εδώ και 42 χρόνια. Το εξαιρετικά σπάνιο αυτό φαινόμενο αφορά ένα σωματίδιο το οποίο ονομάζεται Bd μεσόνιο και αποτελείται από ένα κουάρκ «ομορφιάς» (beauty quark) και ένα αντικουάρκ (down antiquark), προσφέροντας πλέον ένα νέο παράθυρο παρατήρησης στα πιο θεμελιώδη συστατικά της ύλης.

Η δυσκολία της παρατήρησης έγκειται πρωτίστως στο γεγονός ότι τέτοιου είδους σωματίδια παράγονται μεν σε τεράστιους αριθμούς κατά τη διάρκεια των συγκρούσεων στον επιταχυντή, αλλά υφίστανται για απειροελάχιστο χρονικό διάστημα. Για την ακρίβεια, το Bd μεσόνιο διασπάται σε περίπου ενάμισι τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου, γεγονός που κάνει τον εντοπισμό του μια πραγματική πρόκληση για τα πιο εξελιγμένα συστήματα μετρήσεων που διαθέτει η ανθρωπότητα. Οι θεωρητικοί φυσικοί είχαν προβλέψει εδώ και δεκαετίες ότι το εν λόγω σωματίδιο θα μπορούσε να διασπαστεί σε δύο μιόνια, τα οποία αποτελούν βαρύτερους συγγενείς των γνωστών μας ηλεκτρονίων, ωστόσο, η πιθανότητα να συμβεί αυτό εκτιμάται αυστηρά στη μία φορά ανά δέκα δισεκατομμύρια.

Για να φτάσουν στο σημερινό αποτέλεσμα, οι ερευνητές χρειάστηκε να αξιοποιήσουν τις εντυπωσιακές αναβαθμίσεις που δέχτηκε ο ανιχνευτής LHCb. Ξεκινώντας από το 2024, ο επιταχυντής άρχισε να καταγράφει συγκρούσεις με ρυθμό έως και πέντε φορές μεγαλύτερο από ό,τι στο παρελθόν, παρέχοντας έναν τεράστιο όγκο νέων δεδομένων. Η επιστημονική ομάδα συνδύασε τις πληροφορίες που αντλήθηκαν κατά τα έτη 2024 και 2025 με παλαιότερα αρχεία μετρήσεων που συλλέχθηκαν από το 2011 έως το 2018, εφαρμόζοντας παράλληλα προηγμένους αλγόριθμους μηχανικής μάθησης. Μέσω των σύγχρονων τεχνικών αναγνώρισης προτύπων, οι υπολογιστές κατάφεραν να διαχωρίσουν την εξαιρετικά σπάνια διάσπαση από τον θόρυβο των δισεκατομμυρίων άλλων συγκρούσεων που συμβαίνουν καθημερινά στους σωλήνες του CERN.

Βάσει των μετρήσεων, η στατιστική σημαντικότητα της παρατήρησης ορίστηκε στα 3.2 σίγμα. Στον κόσμο της σωματιδιακής φυσικής, οποιαδήποτε τιμή πάνω από 3 σίγμα χαρακτηρίζεται ως σοβαρή ένδειξη, υποδηλώνοντας ότι η πιθανότητα το αποτέλεσμα να αποτελεί μια απλή στατιστική διακύμανση είναι ελάχιστη. Παρόλα αυτά, για να θεωρηθεί κάτι ως αδιαμφισβήτητη και επίσημη ανακάλυψη, απαιτείται η επίτευξη του επιπέδου των 5 σίγμα, συνεπώς ο επιταχυντής θα συνεχίσει να συλλέγει δεδομένα μέχρι τη δεκαετία του 2030, με σκοπό να αυξήσει τον ρυθμό καταγραφής κατά μία ακόμη τάξη μεγέθους.

Το Καθιερωμένο Πρότυπο, το οποίο αποτελεί την επικρατέστερη και πιο δοκιμασμένη θεωρία για την εξήγηση των θεμελιωδών σωματιδίων και των αλληλεπιδράσεών τους, επιβεβαιώνεται εκ νέου μέσα από αυτές τις μετρήσεις. Ωστόσο, η ικανότητα των επιστημόνων να μελετούν με τέτοια ακρίβεια τις διασπάσεις επιτρέπει την αναζήτηση αποκλίσεων από τη θεωρία. Οποιαδήποτε μικρή διαφορά ανάμεσα στις πειραματικές παρατηρήσεις και τις θεωρητικές προβλέψεις θα μπορούσε να υποδείξει την ύπαρξη νέων, άγνωστων μέχρι σήμερα δυνάμεων ή την παρουσία Σκοτεινής Ύλης, δίνοντας απαντήσεις στα μεγαλύτερα άλυτα προβλήματα της κοσμολογίας.

Σε καθαρά τεχνολογικό επίπεδο, η καταγραφή των σωματιδίων γίνεται εφικτή χάρη σε συστήματα όπως ο ανιχνευτής pixel πυριτίου (silicon pixel detector), ο οποίος τοποθετείται σε απόσταση μόλις πέντε χιλιοστών από τις δέσμες των πρωτονίων και ανιχνεύει με ακραία λεπτομέρεια τη διαδρομή τους. Παράλληλα, το σύστημα Ring Imaging Cherenkov βοηθά στην ταυτοποίηση των σωματιδίων, μετρώντας το φως που εκπέμπεται όταν αυτά ταξιδεύουν μέσα σε αέριο με ταχύτητες μεγαλύτερες από εκείνη του φωτός στο συγκεκριμένο μέσο. 

Η βρετανική ομάδα φυσικών που ηγήθηκε της ανάλυσης σχεδίασε και κατασκεύασε μεγάλο μέρος των εξαρτημάτων, επιτρέποντας την ακριβή μελέτη γεγονότων σε κλίμακες που αγγίζουν το Zeptoverse, δηλαδή αποστάσεις εκατό δισεκατομμύρια φορές μικρότερες από το μέγεθος ενός ατόμου.

Με τη ματιά

Το ενδιαφέρον εστιάζεται κυρίως στις υπολογιστικές υποδομές που απαιτούνται για να καταστεί δυνατή μια τέτοια ανακάλυψη. Ο όγκος των δεδομένων που παράγεται από τους αναβαθμισμένους αισθητήρες του LHCb είναι ασύλληπτος, ωθώντας στα όρια τους τα διαθέσιμα συστήματα αποθήκευσης και επεξεργασίας. Οι τεχνικές μηχανικής μάθησης που χρησιμοποιήθηκαν για την απομόνωση του σήματος ανάμεσα σε δισεκατομμύρια άσχετες συγκρούσεις, αποτελούν πρότυπο για την ανάλυση δεδομένων στο cloud computing. Οι υπολογιστικές προκλήσεις του CERN λειτουργούν συχνά ως καταλύτης για την ανάπτυξη νέων αρχιτεκτονικών σε επεξεργαστές και data centers, τεχνολογίες που εν τέλει θα βρουν τον δρόμο τους στις εμπορικές εφαρμογές και στα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης του αύριο.

Πηγή – Techgear

ΔΙΑΦΗΜΙΣΗ

BUY & SELL IN CYPRUSwww.buyme.cy