یک تیم فیزیک‌دان به رهبری کمبریج در آزمایش به‌روزشدهٔ ال‌اچ‌بی‌سی در سرن، نزدیک ژنو، شواهدی از نادرترین فروپاشیِ دیده‌شدهٔ یک ذرهٔ زیراتمیِ بِنشینیداری پیدا کرده است. این نخستین‌بار است که یک آزمایشِ واحد برای این فروپاشی شواهدی گزارش میکند و این نتیجه می‌تواند به فیزیک‌دانان در آزمودن فاصله‌های فوق‌العاده کوچکِ موسوم به «زپتو‌جهان» کمک کند.
نکات کلیدی
- این مطالعه در آزمایش به‌روزشدهٔ ال‌اچ‌بی‌سی در برخورددهندهٔ بزرگ هادرونیِ سرن، نزدیک ژنو، انجام شد.
- تیم می‌گوید برای فروپاشی B0 → μ+μ−، یکی از استثنایی‌ترین فرایندهای ذرهٔ بِنشینیداری، شواهد یافته است.
- ترکیب داده‌های ۲۰۲۴ و ۲۰۲۵ با داده‌های پیشین، سیگنال را به ۳٫۲ سیگما رساند.
- نتیجه‌ها در ۳ نوامبر اعلام شدند و هنوز داوری همتا نشده‌اند.
- یافته‌های تازه با مدل استاندارد فیزیک ذرات همخوان است.
چرا این نتیجه برای پژوهش‌های فیزیک ذرات مهم است؟
این یافته به فیزیک‌دانان ابزار دقیق‌تری برای سنجش این می‌دهد که آیا ذرات ناشناخته بر شیوهٔ فروپاشی کوارک‌های بِنشینیدار اثر می‌گذارند یا نه. چون این فرایند بسیار نادر است، حتی انحراف‌های کوچک هم می‌توانند نشانه‌ای از فیزیک فراتر از مدل استاندارد باشند. در این مرحله، ارزش فوری نتیجه نه کشف یک ذرهٔ جدید، بلکه محدودتر کردن جایی است که باید به‌دنبال آن گشت.
این نتیجه همچنین نشان می‌دهد چرا ارتقای ال‌اچ‌بی‌سی اهمیت دارد. همکاری پژوهشی از بهبود توانایی تشخیص ذرات و از ابزارهای یادگیری ماشینی برای کم‌کردن نویز پس‌زمینه در داده‌های ۲۰۲۴ و ۲۰۲۵ استفاده کرد. یک ارتقای دیگر که برای میانهٔ دههٔ ۲۰۳۰ برنامه‌ریزی شده، قرار است نرخ گردآوری داده را بار دیگر به اندازهٔ یک مرتبهٔ بزرگی افزایش دهد و این فروپاشی‌ها را به آزمونگرهای دقیق‌تری تبدیل کند.
- چه کسانی تحت تأثیر قرار می‌گیرند: فیزیک‌دانان ذرات که روی جست‌وجوی فروپاشی‌های نادر و آزمون مدل استاندارد کار می‌کنند.
- کجا: در آزمایش ال‌اچ‌بی‌سیِ سرن، در برخورددهندهٔ بزرگ هادرونی نزدیک ژنو.
- گام بعدی: داده‌های بیشتر و ارتقای برنامه‌ریزی‌شدهٔ دههٔ ۲۰۳۰ برای افزایش حساسیت.
تیم پژوهشی دقیقاً چه چیزی پیدا کرد؟
پژوهشگران می‌گویند برای فروپاشی موسوم به B0 → μ+μ− شواهدی یافته‌اند؛ فرایندی که در آن یک ذرهٔ بِنشینیدار به دو میون تبدیل می‌شود. به گفتهٔ تیم، این فرایند فقط حدود یک‌بار در هر ده میلیارد ذرهٔ بِنشینیدار رخ می‌دهد و همین امر مشاهدهٔ آن را بسیار دشوار کرده است.
این تحلیل داده‌های تازهٔ ۲۰۲۴ و ۲۰۲۵ را با داده‌های قدیمی‌ترِ گردآوری‌شده میان سال‌های ۲۰۱۱ تا ۲۰۱۸ ترکیب کرد. این مجموعهٔ بزرگ‌تر، سیگنال را از آستانهٔ سه‌سیگما عبور داد؛ معیاری که برای شواهد یک پدیدهٔ تازه به کار می‌رود.
این نتیجه چه نسبتی با مدل استاندارد دارد؟
نتیجه‌های تازه با مدل استاندارد سازگار است، و این نکته مهم است چون فروپاشی‌های نادر می‌توانند اثرهای بسیار کوچکِ ذراتی را آشکار کنند که مستقیماً در آشکارساز دیده نمی‌شوند. در این مورد، همخوانی با نظریهٔ کنونی، به‌جای برهم‌زدن آن، فضای جستوجو برای فیزیک جدید را تنگ‌تر میکند.
با این حال، این موضوع برای این حوزه اهمیت زیادی دارد. فیزیک‌دانان این کانال‌های نادر را «کانال‌های طلایی» می‌دانند، چون می‌توانند اثرهای کوانتومی ظریفی را از ذراتی بسیار فراتر از دسترس مستقیم آشکارساز نشان دهند. این اندازهگیری اکنون معیاری قوی‌تر برای جست‌وجوهای آینده فراهم میکند.
چرا فیزیک‌دانان از زپتو‌جهان حرف می‌زنند؟
این اصطلاح به فاصله‌هایی اشاره دارد که از آنچه برخورددهندهٔ بزرگ هادرونی می‌تواند مستقیماً بسنجد هم کوچک‌تر است؛ تا حدود یک زپتومتر، یعنی یک‌تریلیونیمِ یک‌میلیاردمِ متر. همکاری پژوهشی می‌گوید برخورددهنده اکنون در مقیاس‌هایی در حد حدود صد زپتومتر را بررسی میکند و نبودِ ذرات جدید در آن فاصله‌ها نشان می‌دهد شاید آن‌ها در فاصله‌های باز هم کوتاه‌تر پنهان باشند.
دلیل اهمیت این فروپاشی هم همین است: با اندازهگیری بسامد وقوع آن، فیزیک‌دانان می‌توانند حدس بزنند آیا ذرات نامرئی در حال اثر گذاشتن بر این فرایند هستند یا نه. این کار هنوز ادعای کشف فیزیک جدید نیست، اما مسیر تجربی رسیدن به آن را محکم‌تر میکند.
پرسش‌های پرتکرار
B0 → μ+μ− چیست؟
این یک فروپاشی بسیار نادر است که در آن یک ذرهٔ بِنشینیدار به دو میون تبدیل می‌شود. تیم به رهبری کمبریج می‌گوید این فرایند فقط حدود یک‌بار در هر ده میلیارد ذرهٔ بِنشینیدار رخ می‌دهد و به همین دلیل شواهد آن تا امروز به‌دست نیامده بود.
آیا این یعنی دانشمندان فیزیک جدید پیدا کردهاند؟
خیر. این نتیجه با مدل استاندارد سازگار است. اما اندازهگیری دقیقترِ یک فروپاشی بسیار حساس به اثرهای بسیار کوچک، جستوجو برای ذرات جدید را محدودتر و هدفمندتر میکند.
