تجربة LHCb ترصد جسيمين جديدين من فئة الباريونات

أعلن الباحثون المشاركون في تجربة LHCb في CERN يوم الأربعاء 19\11\2014 اكتشافهم جسيمين جديدين من عائلة الباريونات. الجسيمين المعروفين بـ -*Xi_b و -'Xi_b تنبأ العلماء بوجدهما بواسطة نموذج الكواركات (تابع المزيد من التفاصيل عن الكواركات هنا ) ولكن لم يتم رصدهما من قبل. وكان فريق كاشف CMS في مصادم الهادرونات الكبير قد أعلن اكتشاف جزيء قريب لهما هو (Xi_b*0) عام 2012.

تتألف الجسيمات من 3 كواركات مرتبطة ببعضها بفضل القوة النووية القوية تماماً كما في حالة البروتونات التي يتم تسريعها في مصادم الهادرونات الكبير قبل صدمها ببعضها البعض.لكن أنواع الكواركات الموجودة فيها مختلفة عن أنواع الكواكات التي تؤلف البروتون،و برغم ذلك فإن كل من جزيئات Xi_b الجديدة تحوي على كوارك واحد من النمط (b)،و كوارك واحد من النمط (s)،و كوارك واحد من النوع (d) ،و بفضل الكوارك(b) ذو الكتلة الكبيرة (نسبياً) فإن كتلة الجسيمات المكتشفة أكبر من كتلة البروتونات بـ 6 مرات.

و لكن الجسيمات هي أكثر من مجرد محموع لمكوناتها خلافا لما يمكن أن نفكر،فإن كتلتها تتوقف أيضا على طريقة تموضع هذه المكونات،اذ أن لكل من الكواركات صفة مرافقة تدعى عزم اللف الذاتي (السبين). فعلى سبيل المثال في حالة الجسيم(Xi_b'-) فإن الكواركين الأخف يدوران في إتجاهين متعاكسين. أما في حالة (-Xi_b*) فإنهما يدوران باتجاه واحد،و هذا الفرق يجعل (-Xi_b*) أثقل بقليل.

"لقد كانت الطبيعة لطيفة بما يكفي لتعطينا جسيمين بسعر واحد" يقول (ماثيو تشارلز) من مركز البحوث العلمية في باريس في جامعة ماري و بيير كوري. ويتابع "إن كتلة (-Xi_b*) قريبة جدا من مجموع كتل الأجزاء الناتجة عن اضمحلاله، و لو كان أخف بقليل لما كنا استطعنا أن نرصده عن طريق مميزات الاضمحلال التي كنا نبحث عنها"

" هذه النتائج مثيرة جدا و ذلك بفضل نظام تعرف الجسيمات الممتاز في تجربة LHCb و الذي يعتبر مميزاً من بين التجارب المجراة في مصادم الهادرونات الكبير،لقد كنا قادرين على عزل إشارة قوية و واضحة جداً عن تشويش الخلفية" قال (ستيفن بلاسك) من جامعة سيراكيوز في نيويورك "يُظهر ذلك مجدداً دقة و حساسية الكاشف في LHCb".

بالاضافة إلى قياس كتل هذه الجسيمات قام فريق البحث بدراسة معدلات إنتاجها النسبية،و عرضها –مقياس يحدد عدم استقرارها- وتفاصيل أخرى عن اضمحلالها،و النتائج كانت تطابق التوقعات المبنية على نظرية الكروموديناميك الكمومي (النظرية التي تصف تفاعلات الكواركات والغلوونات). فنظرية الكروموديناميك الكمومي هي جزء من النموذج المعياري،وهو بدوره نظرية تصف الجسيمات الأساسية المكونة للمادة،و كيفية تفاعلها،والقوى المتبادلة بينها.

اختبار الكروموديناميك الكمومي بدقة عالية هو المفتاح الأساسي لتحسين فهمنا لتفاعلات الكواركات،و هي نماذج يصعب حسابها بشكل كبير.

"إذا أردنا أن نجد معالم فيزياء جديدة تتجاوز حدود النموذج المعياري يجب ان يكون لدينا صورة دقيقة" يقول المنسق الفيزيائي في تجربة الـ LHCb (باتريك كوبينبيرغ) من مؤسسة (ناكييف) في أمستردام،"دراسات عالية الدقة كهذه ستساعدنا على التمييز بين آثار النموذج المعياري و أي شيءجديد أو غير متوقع".

لقد تم أخذ القياسات من البيانات التي تم جمعها في 2011-2012،حاليا مصادم الهادرونات الكبير يتم تحضيره-بعد أول إغلاق طويل له-ليعمل بمستويات طاقة أعلى و يتعامل حزم بروتونات أكثر شدة،و من المقرر إعادة تشغيله في عام 2015.

المصدر: هنا

حقوق الصورة: ATLAS Experiment

تصف الصورة محاكاة حاسوبية أجرتها تجربة ATLAS لتشكل ثقب أسود ميكروي نتيجة لتصادم حزمتين من البروتونات (وهي نتيجة واردة بحسب بعض الفرضيات). تتصف هذه الثقوب السوداء انها غير مستقرة وسرعان ما تتحلل لتعطي جسيمات أخرى. تُظهر الألوان المختلفة للمسارات الجسيمات المختلفة الممكن تشكلها.