Un experiment realizat în Japonia la acceleratorul J-PARC a măsurat patru evenimente de dezintegrare a unui kaon neutru într-un canal în care nu ar fi trebuit să fie nici măcar unul. Se vorbeşte despre o nouă fizică; sau… despre o eroare experimentală.

Experimentele realizate în cadrul studiilor de particule la acceleratoare în întreaga lume caută să măsoare modul în care particulele se dezintegrează. Aceste particule au o viaţă mai mult sau mai puţin îndelungată – este vorba oricum despre fracţiuni de secundă – şi modul în care se dezintegrează, canalele posibile, sunt calculate de către teoreticieni cu ajutorul aşa-numitului Model Standard al fizicii particulelor elementare. Deci de obicei se măsoară dezintegrarea unei particule într-un anumit mod şi se compară cu ceea ce este prevăzut de modelul teoretic. Dacă există diferenţe între cele două valori, atunci ori teoria este greşită, ori experimentul. Cel mai interesant este evident cazul în care teoria este cea care dă greş şi nu reuşeşte să explice rezultatul experimentului, deoarece în acest caz este vorba despre o nouă descoperire. La ora actuală atunci când se descoperă diferenţe între teorie şi experiment s-ar putea ca acestea să fie datorate unei noi particule, precum ar fi o particulă de materie întunecată, şi care nu sunt cuprinse în cadrul Modelului Standard. Este tocmai acesta unul dintre obiectivele experimentelor la acceleratoare din lumea întreagă: descoperirea unor noi tipuri de dezintegrare care nu ar trebui să fie acolo în Modelul Standard. Dacă aşa ceva se întâmplă, în primul rând cercetătorii verifică dacă nu este vorba despre o eroare experimentală – precum cea care acum câţiva ani a dus la descoperirea greşită a unor neutrini cu viteze mai mari ca cea a luminii (şi care se datora de fapt unor cabluri care nu făceau bine conexiunea).

În acest context, cercetătorii de la experimentul KOTO din Japonia, care folosesc kaoni de la acceleratorul japonez J-PARC, au făcut o descoperire care, dacă va fi confirmată, este extrem de interesantă.

KOTO măsoară modul în care se dezintegrează particulele numite kaoni, care la rândul lor fac parte din categoria mezonilor, adică sunt compuse dintr-un quark şi un antiquark. Quarcii sunt particule elementare în cadrul Modelului Standard şi sunt supuşi interacţiunii nucleare puternice. Kaonii folosiţi de KOTO nu au sarcină electrică şi sunt alcătuiţi dintr-un quark „down” şi un anti-quark „strange”. KOTO a măsurat dezintegrarea acestor kaoni într-un canal final care conţine un pion neutru, compus la rândul lui dintr-un quark „up” şi un antiquark „up”.

Cercetătorii de la KOTO au măsurat patru evenimente în care kaonii se dezintegrau într-un pion neutru şi o particulă invizibilă pe care nu au reuşit să o măsoare. Numărul de evenimente la care se aşteptau de acest fel era zero; deci cele patru evenimente măsurate nu pot fi explicate în cadrul teoriei actuale.

În acest context un grup internaţional de cercetători a publicat recent un articol în revista Physical Review Letters (PHYSICAL REVIEW LETTERS 124, 071801 (2020)) în care ajung la concluzia că acest rezultat poate fi explicat doar prin presupunerea că împreună cu pionul neutru se produce o nouă particulă invizibilă (materie întunecată probabil) pe care până la ora actuală nimeni nu a reuşit să o măsoare; sau, dimpotrivă, este vorba despre o fizică cu totul nouă, care încă nu este înţeleasă.

Evident mai există şi soluţia unor erori de tip experimental, care să dea un rezultat eronat. Tocmai din acest motiv cercetătorii colaborării KOTO se pregătesc să efectueze un nou experiment în care să confirme (sau nu) rezultatul anterior.

Vom vedea deci în viitorul apropiat dacă suntem în faţa unei descoperiri epocale sau, dimpotrivă, a unor probleme cu aparatul experimental sau cu metoda de analiză a datelor.

[Articol scris de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesor la Colegiului Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe.]